宇宙は何でできていますか？手がかりがなくても心配しないでください。天文学者もそうではありません。ジョンズホプキンス大学のJames Jeeは、ハッブル宇宙望遠鏡を使用して、2つの銀河の周りの暗黒物質濃度の詳細なマップを作成しました。そして、天文学者たちは新しい手がかりを手に入れました。
インタビューを聞く：Dark Matter Maps（5 MB）
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フレーザー・ケイン：ダークマターという用語はかなり聞いたことがある。暗黒物質とは何かについての現在の理解を教えていただけますか？
ジェームズジー博士：ダークマターについて話す前に、天文学者達が今、宇宙がどのようにして今日に至ったかをどの天文学者が信じているかについて言及しなければなりません。宇宙の30％は物質であり、残りの70％は暗黒エネルギーであり、暗黒物質は宇宙の物質の90％以上を占めると私たちは信じています。実験室で暗黒物質を検出した人はいません。そのため、彼らはその形、色、または匂いを知りませんが、そこにあるという証拠があります。いわゆる重力レンズによってそれを検出することができます。
フレーザー：では、最近ハッブル宇宙望遠鏡を使用して調査を行い、暗黒物質の濃度をマッピングしました。それを行うプロセスは何でしたか？
ジー博士：暗黒物質は、私が言ったように、宇宙の物質の90％を構成し、暗黒物質を探すのに最適な場所は、それが最も豊富であるところです。そこで、ハッブル宇宙望遠鏡に、宇宙が現在の半分の年齢であったときに形成された最も興味深い2つの銀河団を示しました。
フレーザー：そして、あなたは何を見ましたか？
ジー博士：背景の銀河のスペクトル分布を調べました。これらの背景銀河の歪みを調べることにより、前景の暗黒物質の密度を特定することができました。
フレーザー：これを正しく理解しているか見てみましょう。あなたは遠方の銀河を見ていて、光が私たちに近づくにつれて変化している様子を見ると、重力に影響を与えている物質の隠された塊がどこにあるのかを検出できました。
ジー博士：その通りです。多分これは良いアナロジーです。拡大鏡を使用してニュース記事を読んでいるとすると、拡大鏡を通して文字がどれほど大きく見えるかを調べることによって、レンズのパワーまたは厚さを推測できます。同様に、背景の銀河のゆがみまたは拡大を見ると、前景のとらえどころのない暗黒物質の密度を特定できます。
フレーザー：では、暗黒物質と私たちが見ることができる銀河との関係は何ですか？
ジー博士：それは宇宙の支配的な問題であり、重力があります。ダークマターがなければ、今日の宇宙で見られるような大規模な構造を持つ銀河を形成することは非常に困難です。したがって、間違いなく、ダークマターは大規模構造での銀河の形成に役立ちます。
フレーザー：では、暗黒物質が凝集している場所で、銀河が見られる可能性があるのは可能ですか？
ジー博士：ええ、それは基本的に私たちが調査で見つけたものです。人々は暗黒物質が無衝突粒子であり、暗黒物質と正常物質が共存するべきだと推測しています。しかし、暗黒物質は電磁波を放出しないため、誰もこれを明確に決定することはできませんでした。ハッブルを使用して発見したのは、これらの暗黒物質ハローの最も密度の高い領域に明るい銀河が形成されることです。
フレーザー：この種の凝集が起こっていることを知っている場合（2つは密接に関係しているようです）、これにより、この暗黒物質が何であるかについて既存の理論を捨てることができますか？
ジー博士：はい、これは私たちに多くの手がかりを与えます。ほとんどの人は暗黒物質は無衝突であると信じていますが、水素ガスのようないくつかの衝突特性を持っている可能性があることを示唆する人もいます。暗黒物質が凝集する方法は、暗黒物質が何であるかについてのヒントを与えます。暗黒物質に水素原子のような衝突特性があるとすると、それらは非常に頻繁に互いに衝突し、暗黒物質のハローの非常に滑らかな分布がわかります。しかし、これらの構造は銀河自体の質量のように非常に塊であることがわかりました。それは、暗黒物質の粒子があったとしても、ほとんどの理論が今日の天文学で言うように、無衝突の粒子になることを示しています。
フレーザー：なるほど、そうです。この暗黒物質を引き起こしている可能性のある実際の粒子は、非常に小さいか、相互作用が弱いために互いにくっついてさえいません。そして、彼らが一緒にばかげた場合、実際にはより均一な分布のスプレーが表示されます。それで、あなたが得た発見に基づいて、あなたの研究の次の段階は何でしょうか？
ジー博士：Advanced Camera for Surveysプログラムには、非常に興味深い15以上の銀河団が含まれています。これらは最初の2つの結果にすぎません。調査のために15個の銀河団を完成させると、おそらく重力によって暗黒物質と通常物質がどのように相互作用するかをより明確に把握できると信じています。そして、暗黒物質が宇宙の大規模構造の形成にどのように寄与するかについて、より明確な考えがあるかもしれません。
フレーザー：これまでに行った調査に基づいて、暗黒物質が何であるかについてのペット理論はありますか？
ジー博士：さて、あなたがAstro-phウェブサイトに行くと、それは人々が彼らの様々な研究論文をアップロードするウェブサイトであり、1日に10か15の論文がある。そして、これについては非常に魅力的でもっともらしい推測がたくさんあります。しかし、ダークマターの性質は10年後または15年後には解決されると思いますが、まだ調査中です。私たちの研究は、暗黒物質の前例のない解像度を提供し、衝突粒子と無衝突粒子を区別できます。
フレーザー：そして、この作業を行うことができるハッブル以外の他の楽器はありますか？
ジー博士：地上の望遠鏡を使って重力レンズを作ることができます。実際、人々が最初に重力レンズを使用して暗黒物質を検出したのは1990年でした。しかし、地上の望遠鏡を使用して重力レンズを行う場合、解像度は非常に低くなります。言い換えると、大気の乱流は重力レンズ効果を不鮮明にするため、暗黒物質の非常に高品質の画像を見ることができません。ただし、宇宙で望遠鏡を使用すると、背景画像の形状がぼやけないため、重力レンズ信号を節約できます。暗黒物質分布の非常に高解像度の画像を思い付くことができます。
フレーザー：そして、より大きな楽器はあなたにより良い絵を与えるでしょう。
ジー博士：もちろんです。次の望遠鏡はJWST（ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡）で、暗黒物質の重要性の解像度を実質的に10倍以上に高めます。
フレーザー。 10倍の解像度で大幅に異なるものがあると思いますか？
ジー博士：暗黒物質の分布の全体的な形はあまり変わらないでしょうが、その場合、銀河に関して暗黒物質の構造を比較できるかもしれません。その場合、暗黒物質粒子がいくつかの衝突特性を持っているかどうかに答えられるかもしれません。初めに、私が見つけたものは無衝突の仮説と一致していると言いました。しかし、暗黒物質の粒子が非常に小さな衝突特性を持っているかもしれないといういくつかの提案がありました。したがって、暗黒物質と銀河物質の間のオフセットを決定できます。これにより、通常の物質と暗黒物質の粒子間の衝突断面積に多くの可能な制約が与えられます。
この研究は、2005年12月13日にSpace Magazineで報告されました。
