何十年も前から、天文学者や物理学者、宇宙学者は、宇宙には「暗黒物質」というエキゾチックな物質が満ちており、銀河や銀河団が奇妙な重力行動をすることを説明できると理論化しています。 しかし、それは一度も見たことがなく、完全に説明されたこともありません。 そして、暗黒物質が宇宙の大きな謎の1つを説明する有力な理論となっている一方で、一部の科学者は、なぜ銀河がそのように振る舞うのかについて、別の説明を探してきました。
現在、科学者の国際チームは、おそらく暗黒物質は実際には存在しないという新しい証拠を発見したと発表しています。
11月にアストロフィジカル・ジャーナルに掲載された研究において、科学者たちは、遠くの星の軌道速度における小さな不一致を報告し、かすかな重力効果を明らかにし、暗黒物質に関する優勢な考え方に終止符を打つことができると考えています。
このことは、目に見えない物質ではなく、純粋な数学が、銀河がなぜそのように振る舞うのかを説明できることを意味するかもしれないと、クリーブランドのケース ウェスタン リザーブ大学の天文学部門を率いる研究共著者のステイシー・マゴー氏は語りました。
新しい研究は、「外部場効果」(EFE)として知られる微弱な重力潮流の兆候が、150以上の銀河の星の軌道速度において統計的に観察できると報告しています。
著者らは、この効果は暗黒物質理論では説明できないが、修正ニュートン力学理論(MOND)として知られているものでは予測されると述べています。
「我々が本当に言いたいことは、矛盾の証拠が絶対にあるということです」と、McGaughは述べています。 「
天文学者は長い間、300年以上前にイギリスの物理学者・数学者であるアイザック・ニュートンが定式化した重力理論によって予測される速度で、星が銀河の中心を周回すると仮定していました。 しかし、1930年代にカリフォルニア工科大学のスイス人天文学者フリッツ・ツヴィッキーがコマ銀河団を観測したところ、予想以上に大きな重力がかかっていることがわかりました。「
1970年代にアメリカの天文学者ヴェラ・ルービンとケント・フォードが銀河の中の星の軌道に異常を見つけたとき、多くの科学者が、銀河の中や周りにある目に見えない大量の「暗黒物質」が原因だと考え、それ以来この考えは宇宙物理学を支配するようになりました。
しかし、暗黒物質には、弱く相互作用する巨大な粒子、WIMPS、原始ブラックホール、ニュートリノなどが候補に挙がっていますが、それが何であるかはまだ誰も完全に説明しておらず、一度も見たことがありません。
MONDは、1980年代にイスラエルの物理学者Mordehai Milgromによって、暗黒物質なしで観測された不一致を説明するために定式化されました。
これは、ニュートンやアインシュタインの予測にはない非常に小さな加速度が、銀河サイズの天体にのみ見られるような低レベルで発生すると提案しており、暗黒物質の説明が必要ないことを意味します。
これまでのところ、MONDはいくつかの科学的テストに合格しています。しかし多くの科学者は、たとえば衝突する銀河のビュレット星団の観測を説明できないと述べています。
「私はかつて、暗黒物質が存在することは絶対に証明されているから心配するな、と同じことを言っていただろう」と彼は言います。
しかし、MONDの予測の多くは天体観測で確認されており、最新の研究はその証拠のひとつであると彼は言います。 「
この研究に関与していないドイツのハイデルベルク大学の理論天体物理学の教授であるマティアス・バーテルマン氏は、新しい研究は「非常に興味深い問題」を提起していると述べています。 もしそうであれば、素粒子物理学だけでなく宇宙論にとっても最も重要なことです」と、彼は電子メールで述べています。しかし彼は、新しい研究で報告された「外場効果」が本当にMONDの独自の予測であり、いくつかの競合理論では説明できないことに疑問を抱いています。
また、MOND理論は銀河の回転の不一致を説明するために定式化されたので、銀河でテストすれば納得のいく結果が得られると思われますが、その代わりに、銀河団など他の天体でMONDをうまくテストする必要があると、彼は述べています。