やさしい物理講座ⅴ72「ダークマターとダークエネルギーが光のエネルギー減衰の原因か」
ダークマターとダークエネルギーを論ずる前に、「論語」の一節を引用する。
子曰、学而不思則罔、思而不学則殆。
子曰わく、学びて思わざれば則ち罔（くら）く、思うて学ばざれば則ち殆（あやう）し。
知之為知之、不知為不知。是知也。
之を知るを之を知ると為し、知らざるを知らずと為せ。是れ知るなり。
「ダークマターとダークエネルギー」はまさに天文物理学に都合の良い言葉と定義である。分からない物質、分からない力、現在皆目不明なのである。論語の一節とそっくりである。
今回は報道記事から天文物理の記事を抽出して紹介する。
皇紀2684年5月31日
さいたま市桜区
理論物理研究者 田村 司
はじめに（吾輩の主張）
以前掲載したブログの骨子
１，光は質量０である。故に質量０である素粒子「光子」には重力が働かない。
故に、ブラックホールという重力の塊に光が閉じ込められることはない。そして、一般相対性理論の主張する重力で光の方向が曲げられるということが起こらない。また、運動する物体が速度が速くなると質量が増すというのも嘘である。それは、アインシュタインが質量「０」の光子に慣性力を働かせた思考実験の錯誤によるのが有名な一般相対性理論の矛盾の結果である。この矛盾に気が付かない物理学者がほとんどである。
２，ハッブル氏の観測した銀河が赤方偏移しているという観測結果に対する原因・理由が余りにも短絡的結論（ビックバン理論・インフレーション理論・宇宙膨張論）である。それは、「天動説と地動説」で天文・物理学者は大失敗しているのである。短絡的に赤方偏移を光源の移動と捉えて、宇宙は観測者（地球）から遠い銀河ほど早い速度で遠ざかっていると結論付けたのである。しかし、吾輩は、光の二面性から、宇宙を旅して観測者（地球）に届く光を電磁波（波動）とは別の面の素粒子「光子」のエネルギーの塊であると捉えると、遠ければ遠いほど素粒子「光子」のエネルギーが失われていることが、すんなり、赤方偏移を解説できるのである。
３，素粒子「光子」のエネルギーの減衰させる物質や力は今のところ明確には判明していない。これが今後の研究課題である。後述する「以前掲載したブログの紹介」欄のURLをご覧あれ。
96％は正体不明の成分！？宇宙って一体なにでできているの？【図解プレミアム 宇宙の話】
ラブすぽ の意見
普通の物質は全体の４％だけ
実は、私たちが肉眼や望遠鏡を通して見ている宇宙は、陽子や中性子といった「通常の物質」でできている部分だけなのです。宇宙には通常の物質のほかに、目に見えない物質や力があると考えられています。なぜなら宇宙が通常の物質だけで構成されているとしたら、それらの物質の重力だけでは、銀河を高速で回転させ、また個々の銀河を銀河団に引きつけておくことはできないから。
それを明らかにしたのが、アメリカのヴェラ・ルービンです。１９８３年のこと。彼女は恒星の公転速度と、その中心からの距離の関係を調べ、あらゆる銀河において恒星の公転速度が速すぎることから、銀河の質量は見かけよりも大きいと発表しました。
つまり、この宇宙には目に見えない物資が大量に存在し、それが宇宙の基本構造を支えているということなのです。さらに、その量は目に見える物質の５倍以上にもおよぶことがわかりました。この、質量をもち、周りに重力をおよぼすけれど目には見えない謎の物質を「ダークマター（暗黒物資）」と呼びます。
現在でも電磁波による望遠鏡で直接見ることはできませんが、背景の天体にゆがみを引き起こす重力的な作用から、そこになんらかの巨大な質量があることは間接的にわかっています。そして2018年、国立天文台の研究者たちが、広い範囲のダークマターの可視化に成功しました。それによって、ダークマターが網の目のように銀河をつないでいるようすが確認できたのです。
出典：『眠れなくなるほど面白い 図解プレミアム 宇宙の話』【書誌情報】『眠れなくなるほど面白い 図解プレミアム 宇宙の話』監修：渡部潤一
【図解プレミアム 宇宙の話】© ラブすぽ
「地球はどうやってできたの？ 宇宙のどこにあるの? 」「太陽が巨大化するってホント?」「月のクレーターや『月の海』って？」「 宇宙はどんな構造？いくつもあるの? 」など素朴なギモンに即答で宇宙のナゾに迫る! ——地球の生い立ちから、お隣の天体・月の謎、太陽と惑星の素顔、恒星と銀河、宇宙論まで、最新の天文学、宇宙物理学、惑星科学に踏まえてやさしく解説。豊富なイラスト、61テーマと興味深い宇宙・星座コラムで、夢とロマンに満ちた、いちばん新しい宇宙の姿がよくわかります。太陽系のナゾから最新の宇宙理論まで、宇宙のフシギをズバリ解明します!
ペルセウス座銀河団に1.5兆個の「迷子星」、ユークリッド宇宙望遠鏡の最新観測結果
Jamie Carter によるストーリー
夜空は変わりゆくものだ。欧州宇宙機関（ESA）のユークリッド宇宙望遠鏡が撮影した最新の画像が23日に公開されたのに伴い、初期公開の観測データに基づく興味深い新発見を報告する学術論文も同時に発表された。
その中で恐らく最も目覚ましい発見は、1兆5000億個以上もの「迷子星（銀河間星）」だろう。迷子星は銀河の外にあり、宇宙をさまよっているように見える。恒星は生来、銀河の内部で形成されるもので、宇宙空間で単独で形成されるものではないため、これは奇妙なことだ。
最大級の天体
迷子星は、1000個以上の銀河が属する「ペルセウス座銀河団」全体に散在している状態で発見された。同銀河団は、宇宙で最大級の天体で、ペルセウス座の方向に太陽系から約2億4000万光年の距離にある。
2023年7月にスペースXのファルコン9ロケットで打ち上げられたユークリッド宇宙望遠鏡が、初めて実施した観測の1つであるペルセウス座銀河団の観測では、銀河間を漂う孤立した迷子星から発せられる、かすかな淡い光を検出した。
今回の研究をまとめた論文の筆頭執筆者の1人、独マックス・プランク地球外物理学研究所のマティアス・クルーゲは「広範囲に広がったこの光は、地上から見える最も暗い夜空の10万分の1以下の明るさしかない」と説明している。「だが、非常に広大な範囲にわたって広がっているため、全てが積算されると、銀河団全体の光度の約20％を占める」
銀河の吸収・合体
青みがかった色で、密集しているように見えるこれらの迷子星は、大型銀河の外縁部や、より小型の矮小銀河から弾き出されたと、天文学者らは考えている。迷子星は軌道運動をしているが、軌道の中心は、銀河団内にある最大の銀河ではなく、銀河団の最も明るい2つの銀河の間の点のように見える。
これは、ペルセウス座銀河団が最近、別の銀河の集団と合体した可能性があることを意味しているのかもしれないと、今回の研究に参加した英ノッティンガム大学の天文学者ジェシー・ゴールデン・マルクスは指摘している。「この最近の合体によって生じた重力的な擾乱により、銀河団で最大規模の銀河か迷子星群のどちらかかが予想される軌道から外れたことで、観測されるずれが生じているのかもしれない」と、ゴールデン・マルクスは説明している。
ユークリッド宇宙望遠鏡が捉えた、ペルセウス座銀河団に属する約1000個の銀河と、その背景にある多数の遠方の銀河（ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, image processing by J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi）
ユークリッド宇宙望遠鏡の独自の特徴
ユークリッドの口径1.2mの望遠鏡は、ハッブル宇宙望遠鏡と同等の画質の画像を撮影でき、観測視野がハッブルの175倍も広い。
宇宙の進化の探究、暗黒物質（ダークマター）の研究、恒星を公転していない自由浮遊惑星の探索などを目的とする探査計画の一環として、全天の約3分の1をカバーする、比類のない高精度の地図を作成する予定だ。（forbes.com 原文）
銀河系で最大級の「恒星質量ブラックホール」、地球の近くで偶然発見
天の川銀河（銀河系）で、これまでに検出された最も大きな質量を持つ恒星質量ブラックホールを偶然発見したとする天文学者チームの研究論文が、天文学誌Astronomy & Astrophysicsに発表された。
恒星質量ブラックホールは、恒星の重力崩壊により（通常は超新星爆発を経て）形成される。銀河系の中心に位置する「いて座A*（Sgr A*）」などの超大質量ブラックホールに比べてはるかに小さい。いて座A*は太陽の約400万倍の質量を持つ一方、今回発見された恒星質量ブラックホール「ガイアBH3（Gaia BH3）」の質量は太陽の約33倍だ。
予期せぬ発見
ガイアBH3は、わし座の方向約2000光年の距離にあり、これまでに知られている中で2番目に地球に近いブラックホールだ。大半は太陽質量の10倍程度以下であり、銀河系で2番目に大きな質量を持つ恒星質量ブラックホール「はくちょう座X-1（Cygnus X-1）」は太陽質量の21倍にとどまる。
フランス国立科学研究センター（CNRS）パリ天文台の天文学者、パスクワーレ・パヌッツォは「これまで検出されずに、すぐ近くに潜んでいる高質量のブラックホールが見つかるとは、誰も予想していなかった」として、「これは研究人生で一度あるかないかくらいの発見だ」と語った。パヌッツォは、銀河系の詳細な三次元地図の作成を目的とする共同研究プロジェクト「ガイア計画」のメンバーだ。
伴星
研究チームは、欧州宇宙機関（ESA）のガイア天文観測衛星の観測データから、ガイアBH3を発見した。2025年に予定している科学界への大規模なデータ公開の準備中だった。
ガイア衛星のデータには、ガイアBH3と連星系を成す伴星の軌道に現れる影響が検出されていた。観測は、南米チリのアタカマ砂漠に設置された欧州南天文台（ESO）の巨大望遠鏡VLTのデータを用いてダブルチェックを実施した。
金属欠乏星
これほど質量の大きな恒星ブラックホールの発見は、水素とヘリウムより重い元素をほとんど含まない金属欠乏星の崩壊によってブラックホールが形成される可能性がある証拠を提供している。天文学では、水素とヘリウムより重い元素（重元素）を「金属」と総称する。ガイアBH3の伴星は、金属量が極めて少ないことが判明しており、崩壊してガイアBH3を形成した恒星も金属欠乏星だったことが示唆される。
金属欠乏星は、一生の間の質量損失量が比較的少ないため、一生を終えた後により多くの物質を残すことにより、高質量のブラックホールが形成されると考えられる。
論文の執筆者らが、今回の研究結果を早期に公開することに決めた目的は、他の天文学者らがこの例外的なブラックホールの研究に早急に着手できるようにするためだ。それにより、ガイアBH3が周囲から物質を引き込んでいるかどうかが解明されることが望まれる。
（forbes.com 原文）
「暗黒宇宙」解明に挑む、欧州の宇宙望遠鏡ユークリッド
1世紀近くの間、私たちの住むダークユニバース（暗黒宇宙）は、理論家と天文学者の両方を当惑させてきた。世界最高の望遠鏡を使っても、澄み切った夜空で見えるものは、私たちが知る宇宙のごくわずかな部分でしかないのだ。
ダークマター（暗黒物質）は宇宙の約27％を占め、光を発することも吸収することもないが、その重力は通常物質を引き付けている。ダークエネルギー（暗黒エネルギー）は宇宙膨張の不可解な加速の原因であり、宇宙の68%をも占めている。肉や骨、恒星や惑星などからなるノーマルマターは、既知の宇宙のわずか5％以下でしかない。
暗黒の領域への理解が深まることへの期待
来月打ち上げられる欧州宇宙機関（ESA）のユークリッドミッションは、NASAが提供する赤外線検出器を搭載しており、ダークマターとダークエネルギー、両方の物理的性質について新たな手がかりを見つけることが期待されている。直径1.2mの望遠鏡ミッションがすべての答えを出すとは誰も思っていないが、理論家たちが熟考するための新たなデータを豊富に与えてくれるはずだ。
宇宙望遠鏡ユークリッドの特別なところ
ユークリッドは過去100億年の宇宙時間にわたる大規模構造を解読するだろうとESAはいう。その過程で、15億個の銀河をハッブル宇宙望遠鏡並みの解像度で撮影し、並行して銀河5000万個に関する分光的赤方偏移データを取得するという。
ユークリッドには科学機器が2台搭載され、そのうち1つは赤外線を使用するとユークリッドの科学責任者でNASA JPL（ジェット推進研究所）の観測的宇宙論研究者ジェイソン・ローズはいう。「ダイクロイック」という光学素材を使って、入射する光を可視光線と赤外線に分離し、それぞれを対応する機器に送り込む。どちらの機器にも膨大な画素のカメラが搭載されており、空の観測とデータ収集を同時に行う。
7月に予定どおり打ち上げられた場合、ユークリッドの6年にわたる科学ミッションは、地球から約150万kmにある地球と太陽が重力的に安定する点であるL2で今年12月に開始される。ユークリッドは空の1万5000平方度（1平方度は一辺を1度とする正方形と同じ面積を持つ球面を切り取る立体角）の範囲を観測できる。可視光および近赤外線の両方で膨大な解像度の巨大な地図を作ることが可能だ。
最大の技術的課題
ダークエネルギーの研究は本質的に統計的であるとローズはいう。その形状や距離にわずかでも系統的なずれがあれば、結果に偏りが出る。一連の測定に地球大気の外にある宇宙望遠鏡を使おうと考えた理由がそれだ。
ユークリッドが現在の測定値の誤差範囲を縮め、宇宙膨張を加速しているとされている広範囲の潜在的原因を排除することが期待される。さまざまな可能性を排除することで、ダークエネルギーの物理的原因の解明に近づくことができるとロードは指摘する。
ユークリッドにとって最も重要な測定は、二段階に分かれる。まず、探査機はさまざまな銀河がダークマターによってどんな影響を受けているかを測定し、次にそれらの測定値を使ってダークエネルギーの特性を詳しく解明する。
銀河の形状から、それがダークマターによって少し歪められているかどうかがわかる、とオランダ、ESA ESTECのユークリッドプロジェクト研究員ルネ・ローライスはいう。さらに、ダークマターの分布から、膨張の加速を導くことができるという。
科学界における銀河のクラスタリングに関する理解は、宇宙におけるダークエネルギーの中身を特定できるところまで進んでいるとオスロ大学の理論物理学者で、ユークリッド科学コンソーシアムのメンバーであるハンズ・ウィンサーはいう。このため、Ia型超新星までの距離測定とは別に、宇宙が加速していることを示す膨大な証拠を得られたとのことだ。
ダークエネルギーが宇宙の大規模構造に与える影響とは
宇宙の大規模構造を研究することで、ダークエネルギーが何であるかを理解しようとしている。構造の成り立ちを調べると、注目すべきことは重要なのは物質が引きつける力である引力および宇宙の膨張の2つであり、基本的に両者間のせめぎ合いだとウインサーはいう。
1917年、ビッグバン理論と宇宙膨張に関する観測に基づく理解がなされる前に、アインシュタインは一時的に、いわゆる宇宙定数（斥力）を自身の一般相対性理論に取り入れた。それにより彼は、通常の物質に対する重力の影響を相殺して、静的宇宙理論を支持した。アインシュタインは、後にハッブル膨張として知られる宇宙膨張の観測証拠が見つかると、自身の場の方程式からただちにこの部分を削除した。
しかし1990年代終わり頃、理論物理学者たちはアインシュタインの宇宙定数を、量子力学で真空エネルギーとして知られる斥力、時空そのものに組み込まれた背景エネルギーとして復活させた。それは1997年と1998年に、2組のノーベル賞受賞チームが、ビッグバンの50～70億年後に説明のつかない膨張の加速が起きていると断定した時だった。
現代の理論家は、宇宙定数をダークエネルギーの背後にある力を説明するためのその場しのぎの修正のようなものと捉えている。確かにそれは、ダークエネルギーの物理的性質を深く理解するまでの一時的な解決策にすぎないように見える。あるいは、宇宙には時空の構造の中に真空エネルギーが実際に存在し、それが何らかの方法で加速を引き起こしているのかもしれない。しかしなぜ、ダークエネルギーの加速力はビッグバンから50～70億年後になってから発動したのか？
宇宙定数の値はどうやって計算するのか？
この値は、今日の宇宙にダークエネルギーがどれだけ存在すべきか、宇宙定数の大きさはどうあるべきかを説明するために測定されるものだと、オスロ大学の理論物理学者でユークリッド科学コンソーシアムのメンバーであるデビッド・モタはいう。粒子物理学に基づいて計算した値と、天文学的観測による値との間には大きな隔たりがあるという。計算すると、真空中のこのエネルギーは観測によって測定した値より120倍も大きくなると彼は指摘した。
最大のパズルはどのダーク理論か？
「私はダークエネルギーに賭けます、なぜならわかっていることはダークマターよりも少ないですが、宇宙のより大きな構成要素だからです」とローズはいう。「はるか遠い昔、ダークエネルギーは取るに足らないほど小さな構成要素でした」
しかし未来は、ダークエネルギーが支配し、ダークマターはずっと小さな構成要素になるとローズは述べ、ダークエネルギーの性質は、宇宙の運命をも決めると指摘した。
モタはさらに踏み込んで、現在私たちが理解している宇宙を定義するために使用されている理論はすべて間違っている可能性が高いと断言している。
科学はニュートンから、アインシュタインそして時空の歪みへと進んだ。しかし今から100万年後、人類が進化して、異なる種類の数学や物理の理論を受け入れていることを期待している。しかし現段階では、ごく小さな一歩を進んでいるだけだとモタはいう。
（forbes.com 原文）
以前掲載したブログの紹介
やさしい物理講座ⅴ60「ビックバン理論に疵瑕がある。相対性理論の否定と光の減衰理論」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ⅴ59「重力波は検出できない」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ54「相対性理論の否定」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ49「天の川銀河の裏側の記事と自論」｜tsukasa_tamura (note.com)
運動する媒質中の光速度｜tsukasa_tamura (note.com)
「時間の遅れ（time dilation）」の錯誤｜tsukasa_tamura (note.com)
光粒子（電磁波）の「chain理論」 副題 「量子entanglement（量子もつれ）」｜tsukasa_tamura (note.com)
ミュオン（μ粒子）の寿命と仮説｜tsukasa_tamura (note.com)
時間とキログラムの定義の解説｜tsukasa_tamura (note.com)
私がビックバン理論（宇宙膨張説）を信じない理由 副題 光の減衰理論(仮説）｜tsukasa_tamura (note.com)
特殊相対性理論（錯誤）で「思考停止」｜tsukasa_tamura (note.com)
一般相対性理論(等価原理）の錯誤 副題 光は重力の影響を受けない｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ43「ニュートリノ（幽霊粒子）の有難い御利益（ごりやく）で新真実の解明か」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ42「途方に暮れる悩める人々のために『重力赤方偏移による原子時計の遅れ』を考察と慣性力の解説」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ41「光の重力の影響を重力赤方偏移で検証した実験への反証（メスバウアー効果の原因の追究）」｜tsukasa_tamura (note.com)
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やさしい物理講座ｖ39「光時計の思考実験の検証（再解説・掲載）」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ37「花盛りのＳＦ化した宇宙論」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ36「宇宙膨張説・ビックバン理論・宇宙インフレーション論の矛盾解消のため、『光の真空中の減衰理論』に道を譲るべき時期であろう」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ35「光の真空中の減衰作用は暗黒物資の素粒子『アクシオン』かも知れない」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ34「引力と斥力、反物質に対する重力の影響、宇宙膨張の斥力は？ 暗黒物質・暗黒エネルギーの存在は？」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ32「光より速い素粒子（ニュートリノ）の真偽」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ31「ブラックホールが宇宙空間ガス物質で作り出す現象の光の屈折」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ28「『温度』と『熱』は何か」 ｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座v27「『作用と反作用』、これが無重力の宇宙空間で移動することができる原理」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ26「いよいよ特殊相対性理論と一般相対性理論の終焉である。」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ25「数学者も解けない物理学における三体問題と摂動の解（怪）」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ24「『量子のもつれ』の原因は光が伝播する方向は逆方向も同時発生する」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ23「運動している物質中の光の振る舞い」｜tsukasa_tamura (note.com)
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やさしい物理講座ｖ21「未発見の重力子、そしてKAGRA計画の重力波測定の研究成果の出ない理由」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ18「『オームの法則』には温度の条件も考慮が必要」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ17「量子力学から考察した素粒子の光子（フォトン）と重力子（グラビトン）とヒッグス粒子の考察」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ16「光粒子（素粒子：電磁波）と物質の相互作用」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ15「『近接場光』という不思議な『飛ばない光』とは何か」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ14「E＝ｍｃ²の検証・・・まだ仮説のまま実証されていない、呵々。」｜tsukasa_tamura (note.com)
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やさしい物理講座ｖ11「仮説を仮定の式で証明する。これは本当の証明にはならず数学的遊戯である」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ7「狂った時計で時間を測定する愚行、"Time Dilation”の詐術にご用心」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ6「『重力で光は曲がる』＆『重力が空間を歪める』との主張に反論」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ5「光子（素粒子）には慣性力が働かないから『光時計』は理論的に機能しない。それは『時間の遅れ』の証明にはならない」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座ｖ4「光子（素粒子）は質量０で重力の影響を受けない。」｜tsukasa_tamura (note.com)
やさしい物理講座V3「素粒子を粒子と見ないで『場の考え方』が必要」｜tsukasa_tamura (note.com)
参考文献・参考資料
96％は正体不明の成分！？宇宙って一体なにでできているの？【図解プレミアム 宇宙の話】 (msn.com)
学びて思わざれば則ち罔し、思ひて学ばざれば則ち殆し｜「論語」為政第二15｜［論語素読会］苟日新、日日新、又日新 (arukanatikait.com)
ペルセウス座銀河団に1.5兆個の「迷子星」、ユークリッド宇宙望遠鏡の最新観測結果 (msn.com)
銀河系で最大級の「恒星質量ブラックホール」、地球の近くで偶然発見 | Forbes JAPAN 公式サイト（フォーブス ジャパン）
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