ダークマターと宇宙論

宇宙は、星などを構成する物質(バリオン)が5%程度で、その他はダークマター・ダークエネルギーという、全く正体のわからない物質で出来ているとされています。

それは、アインシュタインの一般相対性理論に基づいた考え方の基づいているといい、もしもそれに基づかないか、またはその他の考え方で宇宙を考えると、全く違う宇宙像になるといいます。

それらを取り巻く研究の比較的新しい考え方などを見ていきます。 ダークマターについてはこちらにも記事を書いています。

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NASAの発表が驚愕的に

2001年にアメリカが打ち上げた観測衛星WMAPで、宇宙のあらゆる方向の電波を調べて、宇宙の温度分布やエネルギー総量を算出したところ、「観測できる物質は総量の4%」に過ぎないという驚愕の結果でした。

そして、残りが正体不明の物質というのです。(後の欧州のプランク探査機によって、WMAPの数字は修正されています)

宇宙の構成物質NASAのHPより

もちろん、これは宇宙が「ビッグバン」で始まったとする考え方に立っての考察に沿ってNASAは考えているということですが、宇宙論者の中には、未だに、ずっと宇宙の大きさというのは変わらないという「定常宇宙論」という考え方など、ビッグバン説とは違った考え方をしている人もいます。(これは当然で、現在もよくわからないことが多すぎるためです)

WMAPは、宇宙生成初期のなごりの「宇宙背景放射」のムラを観測したのですが、その密度にムラがあって、宇宙のエネルギー分布は均一に分布しているのではなくて、泡にような構造で分布しているという事がわかってきており、それが、現在の宇宙を作っていると考えられています。

なぜそのような網目状になるのかということもよくわかっていないようですが、インフレーションやビッグバンとの宇宙が生まれたときの膨張のときの「ゆらぎ」がこれらの探査機によって発見されたということで、それがエネルギーや重力波として、さざなみのように広がっているとして、その状態を調べて宇宙ができた時の状態を考えていこう・・・というのが現在の段階だと考えていいでしょう。

(重力波はアインシュタインが存在を予想したもので、生誕100年後の2016年になってようやくその存在が確認されましたが、重力波の状態やビッグバンのときに発生して重力波の解明が一つの鍵になるとして、新たに探査機も打ち上げられており、その成果が期待されています)

その他の研究では、ダークマターやダークエネルギーは、星や星雲を作っているもとになっていて、希薄に分布するガス状の物質が集まって星になり銀河を形成しているといいます。

もしも、そうでなければ、現在の宇宙の形にはならなかっただろう・・・と考えられています。

WMAPの画像では、銀河や物質の分布は泡のようになっている「宇宙の大規模構造」と呼ばれる状態になっており、その泡の継ぎ目(密度が濃いと見られているところ)で星が生まれていると考えられています。

WMAPの画像(NASA)NASAのHPより

このあたりの検討が進めば、約5%だというバリオンの量が変わってくる可能性もあり、「こうだ!」という現在の考え方や数値も、いつひっくり返るかわからないものです。

 

WMAPの前に打ち上げられたCOBEの調査結果で、宇宙の初期状態は高温の火の玉のようなもので、それが均一に広がって今の宇宙があるのではなく、広がり方に「ムラがある」とわかリました。

それによって、インフレーションという考え方がクローズアップされてきました。

・・・と言っても、温度にして0.0002Kという、気の狂うような高精度測定をして色分けしているのが上の写真ですので、すごいものですが、それで宇宙の広がり方を考えていくのも、まだまだ難しいことはもちろんです。

 

元素の出来かたを考えると、宇宙の膨張の過程で水素などの軽い物質はできるのですが、重い元素は超新星爆発などでできる以外は生成されません。これはほぼ定説です。

ただ、現在考えられている宇宙の年齢(138億年)や大きさ(460億~780億光年以上)を生み出すエネルギーとなると、それが途方もなく大きすぎて、物質面からは決定的な考え方ができないというのが現在の見方です。

ここから、量子力学でいう「真空」の持つエネルギーや多次元という宇宙の状態を推定する考え方がでてきています。

 

この宇宙の大きさですが、いろいろな数字があるようですし、探査機のデータが出るにつれて、ここ数年で、1億光年単位で大きい数字に変わっているところを見ると、まだまだいろいろわかっていないことが多すぎるのでしょう。

宇宙の大きさや物質の分布を算出する方法は、探査機から得られたパワースペクトルの周期から三角測量的に算出されたものです。

宇宙の年齢もその数値を用いて、空間の膨張を考慮して算出されていますので、新しい探査機が打ち上げられてデータが出れば、どんどん変わっていくのは当然かも知れません。