私たちの宇宙におけるかなり神秘的な要素は暗黒物質です。これに関して私たちが持っている証拠はどれもかなり間接的なものです。それらの存在を示す直接検証可能な証拠はありません。それらについて私たちが知っていることはすべて、非重力相互作用にまで遡ることができます。そのため、研究者は、暗黒物質が重力によってのみ相互作用する場合、暗黒物質が私たちの宇宙の構造をどの程度説明できるかについて自問することがよくあります。
宇宙の暗黒物質: これが粒子の振る舞いです
暗黒物質粒子は相互作用しないようです。それは重力によってのみ制御されます。しかし、暗黒物質の粒子はどのようにして雲に融合できるのでしょうか?なぜ粒子は双曲線ではないのでしょうか?この質問は非常に複雑なので、謎に満ちた宇宙をより深く理解するために、物理学者のイーサン シーゲルが私たちのために答えたいと考えています。
私たちの太陽系では、質量の 99.8 パーセントが太陽に起因すると考えられています。他の何かが太陽に接近し、その重力の影響を受ける場合、その物体が取る可能性のある軌道は 4 つあります。
- 太陽の周りを回る楕円軌道
- 太陽の周りの円軌道: 特別な軌道パラメータでのみ可能
- 太陽の周りの放物線軌道: 物体が重力の束縛と解放の境界にあるとき
- 太陽の周りの双曲線軌道: 束縛された重力がないだけ
暗黒物質と通常の物質
私たちの太陽系から来たものではない天体は、通常、双曲線軌道を持っています。その理由は、重力が保存力であるためです。異物の飛行経路にのみ影響します。ダークマター粒子を含め、重力のみによって相互作用する物体は、一定の速度で太陽系に侵入します。それは太陽に近づき、再び太陽系から出るまで重力によって消散します。
通常の物質は、銀河、星団、個々の太陽系などの複雑な構造を形成します。非重力相互作用を経験することができます。電磁力と核力により、次のような特性があります。
- 非弾性衝突: 粒子は結合して集合することができます
- 放射線との相互作用: エネルギーの放出または放射線の吸収により、運動エネルギーが変化します。
- エネルギーの散逸: 暗黒物質では不可能な、一種の重力崩壊を引き起こす
宇宙の二つの現象
暗黒物質粒子は不変の系です。一方、通常の物質の粒子は相互作用することができます。私たちの宇宙自体は、不変の場所ではありません。考慮する必要がある現象が 2 つあります。
- それは静的なものではなく、時間の経過とともに拡大します。
- 宇宙の構造も重力によって時間の経過とともに成長します
この2点が暗黒物質粒子に大きな影響を与えます。それは偶然出会った巨大建造物の影響下にあるからだ。私たちの宇宙がアルバート・アインシュタインの想像どおりであれば、それは静的で、時間が経っても変化しないでしょう。この場合、暗黒物質粒子は重力から完全に切り離されることになります。暗黒物質粒子が構造に落ちた場合、後の時点で再び脱出することになります。この条件は、惑星、太陽系、銀河にも当てはまります。
宇宙の構造における重要な役割
しかし、宇宙が膨張するにつれて、粒子を流れる運動エネルギーは減少します。さらに、時間の経過とともに構造が成長するため、重力も増大します。粒子が侵入すると、出てくるまでに時間がかかります。暗黒物質粒子はこの構造内で重力に従って動作します。
それらは通常の物質のようには振る舞いませんが、それでも私たちの宇宙の構造に貢献しています。しかし、時間の経過とともに分解できるのは通常の物質だけです。一方、暗黒物質は拡散したハローやフィラメントの中に残ります。暗黒物質は宇宙の構造に無視できない明らかな影響を与えています。
宇宙における暗黒物質の存在を説明する 6 つの兆候があります。これまでのところ、 暗黒物質による死者は出ていません。