どうも！宇宙ヤバイch中の人のキャベチです。

今回は「ダークマターはもう不要？物理学の常識を根底から揺るがす可能性のある新発見が話題に」というテーマで動画をお送りします。

2023年7月と2024年1月の二度にわたり、韓国の世宗（セジョン）大学の同じ研究者が、驚くべき研究成果を発表しました。

その内容とは、ニュートン力学や一般相対性理論に基づく現在の標準的な重力理論は一部誤りであり、さらにダークマターはそもそも存在しない可能性があるというものです。

本動画では未知の物質「ダークマター」が存在することが広く信じられている根拠をおさらいし、その後最新の話題について解説していきます。

●ダークマターとは何か？

ダークマター(暗黒物質)とは簡単に言うと、「光を全く放たないか物凄く暗いために光では観測できないものの、質量を持つため他の天体等に重力的な影響を及ぼす未知の物質」のことです。

目に見えないダークマターが存在すると広く信じられている理由は、「目に見える物質だけではとても説明できないほど強い重力が働いている現場」が幾つも知られているためです。

その代表例に、「銀河の回転運動」があります。

私達の太陽系も、地球の夜空に輝く肉眼で見える恒星全ても、天の川銀河という銀河の中に属しています。

天の川銀河は2500億個もの恒星が集まった恒星の大集団です。

こんな恒星の大集団である銀河は、一説によると観測可能な宇宙の中に実に2兆個もあると言われています。

銀河の星々は銀河核の周囲を公転していますが、実はその回転速度について未解決の大問題を抱えています。

このグラフは典型的な渦巻き銀河における、その中に含まれる星々の回転速度の分布を示しています。

横軸は銀河中心からの距離、そして縦軸はその位置にある恒星の回転速度を示しています。

標準的な重力理論をもとに、目に見える物質のみから予測される回転速度の分布はAのグラフで示されているのに対し、実際の観測で得られた典型的な渦巻き銀河の回転速度分布は、Bとなります。

つまり銀河の中心から離れるほど回転速度は落ちると予測されているのに対し、実際は速い速度のまま維持されている、というわけです。

このギャップは、「光では観測できないが質量を持つ未知の物質、つまりダークマターが銀河質量の大半を占めている」と仮定するとうまく説明できます。

これがダークマターの存在が信じられる主な根拠です。

他にも銀河同士の相互作用、宇宙の大規模構造の密度分布などの観測結果にも、光で観測できる物質だけでは説明できない未知の大きな質量の存在が示唆され、ダークマターの存在を裏付けています。

●修正ニュートン力学（MOND）

銀河の回転曲線問題など、観測された様々な異常を説明するために、現時点で最も優れていると考えられているのが、ダークマターの理論です。

しかし近年、ダークマターの正体を解明するために様々な実験や観測が行われているものの、未だにその正体を掴めずにいることもあり、そもそもダークマターは実在するのか？

という疑惑が研究者の間でも浮かんできています。

一方で、ダークマターを必要とする理論に代わる理論の候補の一つに、「修正ニュートン力学（MOdified Newtonian Dynamics、MOND）」があります。

ニュートン力学や一般相対性理論に基づく標準的な重力理論の枠組みのまま未知の物質の存在を仮定することで、観測された異常を説明するのが「ダークマター」の理論でした。

一方MONDでは、標準的な重力理論が、特に弱い重力が働く環境下において実は正確ではないという仮定のもと、その正確な理論を追求するアプローチをとります。

ダークマターが仮定されるのは銀河の回転や銀河同士の相互作用、宇宙の大規模構造など、スケールが非常に大きく、重力的な作用が非常に弱い状況下においてです。

弱い重力が働く環境下で重力理論が異なるというMONDのアプローチによって、ダークマターを必要とせずに観測異常を説明できる可能性があるのです。

●MONDを支持する新発見

そんな中、韓国の世宗（セジョン）大学の同じ研究者が、2023年7月と2024年1月に二度にわたり、MONDを支持するような観測的事実を得られたを発表しました。

まず2023年発表の研究では、地球から650光年以内にある約27000個の、公転軌道が大きい連星系の観測データから、連星系に働く重力加速度と公転軌道を詳細に調べました。

その結果、重力加速度が一定以上の場合だと、標準的な重力理論の予想と一致していました。

しかし重力加速度が0.1ナノメートル毎秒毎秒（0.1nm/s^2）より小さくなると、標準的な重力理論による予測よりも、実際の重力加速度が約40%大きくなっていました。

この結果はMONDによる予想とは合致しているため、MONDの正確性を支持していると言えます。

しかしこの研究の結果、一部の物理学者から「連星系に含まれる未発見の恒星からの重力の影響が、結果に偏りを生じさせている可能性がある」との指摘を受けていたそうです。

そこでセジョン大学の同じ研究者は、未発見の恒星が含まれている可能性が非常に低い連星系のみを約2500個抽出し、その中で新たに分析を行いました。

その結果、2023年に発表された研究と同様に、重力加速度が一定より小さい領域で、標準的な重力理論よりもMONDの予測と合致するという結果が得られました。

これらの結果は非常に高い精度で正確で、全く関連のない他の研究グループによる研究で得られた結果とも合致しています。

さらに成果を発表した研究者は論文内で「どれだけ探してもダークマターが見つからないのは当然で、ダークマター理論はもはや捨て去られる運命にある」

「一般相対性理論に基づく標準的な宇宙論は、原理的にさえ、もはや妥当ではないように思われる」などという強い主張もしています。

ただしダークマター理論にも、それが強く信じられてきた根拠となる観測的事実が数多く存在しているため、これが覆るのは容易ではありません。

今後も天文学の未解決の大問題について、議論が続けられていくのは間違いないでしょう。