暗黒物質の探求とこれまでにわかったこと
-
0:01 - 0:03この世界が 今とは少し違っていたら
-
0:03 - 0:06どうなっていただろうと
想像したことはありませんか? -
0:06 - 0:10現代ではなく
5千年後に生まれていたら -
0:10 - 0:11どんな生活だっただろう?
-
0:12 - 0:14大陸の緯度が違っていたとしたら
-
0:14 - 0:16歴史はどう変わっていただろう?
-
0:16 - 0:19あるいは 太陽が今よりも
10%大きかったとしたら -
0:19 - 0:22太陽系の生物は どんな風に
進化していただろう? -
0:23 - 0:26こんな風にいろいろな可能性に
思いを巡らせるのが -
0:26 - 0:28私の仕事ですが
-
0:28 - 0:30相手は宇宙全体です
-
0:31 - 0:34私はコンピューターで
宇宙のモデルを作っています -
0:34 - 0:37デジタル版の宇宙をたくさん作って
起点を変えたり -
0:37 - 0:41宇宙を構成する物質の種類や量を変えたりして
-
0:41 - 0:44それを私たちの住む宇宙と比較して
-
0:44 - 0:48宇宙の構成物質や進化の過程を
見ています -
0:51 - 0:55天体観測で得たデータを使って
モデルを分析する過程で -
0:55 - 0:58宇宙について 多くのことが
分かってきました -
0:59 - 1:01とても不思議な発見を
1つ紹介しましょう -
1:01 - 1:03宇宙に存在する物質のほとんどは
-
1:03 - 1:08私たち人間を構成している物質とは
全く異なっています -
1:09 - 1:11しかも この物質が存在しなければ
-
1:11 - 1:15今のような宇宙が存在することは
ありませんでした -
1:17 - 1:21望遠鏡で観測できるのは
-
1:21 - 1:25宇宙の総質量のわずか
15%程度に過ぎません -
1:26 - 1:30それ以外の全て
つまり残り85%は -
1:30 - 1:34光(電磁波)を出しもしなければ
吸収もしません -
1:34 - 1:36目で見ることは不可能です
-
1:36 - 1:42電波だろうがマイクロ波だろうが
どんな電磁波を使っても検知できません -
1:43 - 1:46ですが 目に見えるものに与える
影響を見れば -
1:46 - 1:48その存在は確かです
-
1:49 - 1:50例えて言うと
-
1:50 - 1:54宇宙から撮影した
こんな夜の地球の写真を元に -
1:54 - 1:59地表の全てのものを
描き出そうとするようなものです -
2:00 - 2:02光の場所を手がかりに
することはできますが -
2:02 - 2:04見えない部分がたくさんあります
-
2:04 - 2:08人も山脈も 何もかもが見えません
-
2:08 - 2:12ほんのわずかなヒントをもとに
何があるかを推測する必要があります -
2:14 - 2:17この見えない部分が
「暗黒物質」と呼ばれるものです -
2:18 - 2:21この言葉を聞いたことがある人は
多いと思いますが -
2:21 - 2:23耳にしたことはあっても
-
2:23 - 2:26抽象的に思えたのでは
ないでしょうか? -
2:26 - 2:30はるか彼方のもので
自分とは無縁のものだと -
2:31 - 2:33ところが 面白いことに
-
2:33 - 2:36私たちは暗黒物質に
取り囲まれているんです -
2:36 - 2:39おそらく ここにも存在していて
-
2:39 - 2:44会場の皆さんの体を
今まさに通り抜けている -
2:44 - 2:46暗黒物質の粒子もあるはずです
-
2:46 - 2:47なぜなら 私たちの住む地球は
-
2:47 - 2:49太陽の周りを公転していますが
-
2:49 - 2:52その太陽は時速約80万キロのスピードで
-
2:52 - 2:56銀河系を突き進んでいるからです
-
2:56 - 2:57でも暗黒物質は私たちに
衝突することなく -
2:57 - 2:59ただ通り抜けていきます
-
3:01 - 3:05どうすれば そんな物質の正体を突き止め
-
3:05 - 3:09人類の存在にどう関係するか
調べられるのでしょうか? -
3:09 - 3:14人類が存在するに至った過程を
理解するためには -
3:14 - 3:18まずは私たちの住む銀河系の生い立ちを
知る必要があります -
3:18 - 3:22これは現在の天の川銀河の写真です
-
3:22 - 3:24今から100億年前
-
3:24 - 3:28または100億年後なら
どんな風に見えるでしょうか? -
3:29 - 3:32大規模な天体観測から
所在が確認された -
3:32 - 3:33何百万という銀河は
-
3:33 - 3:37どんなストーリーを
持っているのでしょうか? -
3:37 - 3:39宇宙が別のもので構成されていたり
-
3:39 - 3:42含有物質の量が違っていたりしたら
-
3:42 - 3:46そういう銀河の歴史は
どう変わっていたでしょうか? -
3:46 - 3:49宇宙モデルの面白い点は
-
3:49 - 3:53こうした様々な可能性を
分析できることです -
3:54 - 3:59宇宙誕生の瞬間に戻ってみましょう
-
4:00 - 4:05ビッグバンが起こってから
ほんの1秒も経っていない状態です -
4:06 - 4:08この最初の瞬間には
-
4:08 - 4:10物質は全く存在していません
-
4:10 - 4:13そのとき 宇宙はとてつもないスピードで
拡大していました -
4:13 - 4:16量子力学から分かることですが
-
4:16 - 4:21物質は四六時中 常に
生成や崩壊をしています -
4:22 - 4:25この時は
宇宙の拡大が速すぎて -
4:25 - 4:28崩壊が生成に
追い付きませんでした -
4:29 - 4:34そういうわけで 全ての物質は
この時期に作られたと 考えられています -
4:34 - 4:36暗黒物質もそうですし
-
4:36 - 4:39私たちを構成している
通常の物質もそうです -
4:40 - 4:43ここで 少しだけ時計の針を進めて
-
4:43 - 4:45物質ができた後の世界を考えてみましょう
-
4:45 - 4:47陽子と中性子が形成されて
-
4:47 - 4:49水素も形成されました
-
4:49 - 4:53ビッグバンから約40万年後の世界です
-
4:53 - 4:58宇宙は高温で高密度
また とても均一でした -
4:58 - 5:00ですが 完全に均一という
わけではありません -
5:00 - 5:05この画像は プランク衛星という
宇宙望遠鏡で撮影されたものです -
5:05 - 5:09全天の宇宙の温度を示しています
-
5:10 - 5:17この写真を見ると 温度と密度が
他よりも少し高い部分があります -
5:17 - 5:19まだらになっている部分は
-
5:19 - 5:24初期の宇宙で多かれ少なかれ
質量のあった場所を示しています -
5:25 - 5:29そういう場所が
重力の働きで成長します -
5:30 - 5:34この138億年間
宇宙は拡大し続けていて -
5:34 - 5:38全体的に密度は
下がり続けています -
5:38 - 5:41その一方で 質量が
少し大きい場所には -
5:41 - 5:43重力が強く作用して
-
5:43 - 5:47どんどん質量が引き寄せられました
-
5:47 - 5:50これだけでは ちょっと
想像しにくいですよね -
5:50 - 5:53ですので 今の話を
実際にお見せしましょう -
5:53 - 5:57こうした概念も 先ほどお話した
コンピューターモデルで実験できます -
5:57 - 5:59お見せするのは1つの例です
-
6:00 - 6:03この動画は 私の研究グループで
作ったものです -
6:03 - 6:07宇宙が誕生して間もない頃に
何が起こったかを示しています -
6:08 - 6:11このように最初 宇宙は
とても一様でしたが -
6:11 - 6:16物質が少し多めに存在する
領域もありました -
6:16 - 6:19ほんの少し質量が
大きい領域には -
6:19 - 6:24重力の作用で
質量が引き付けられていきます -
6:24 - 6:28やがて 十分な量が1か所に集まると
-
6:28 - 6:33最初は暗黒物質としっかりと
混ざり合っていた水素ガスが -
6:33 - 6:35分離し始めます
-
6:35 - 6:37そして 温度が下がり
星が形成され -
6:37 - 6:40小さな銀河ができます
-
6:40 - 6:43そして何十億年もの
長い時間をかけて -
6:43 - 6:45小さな銀河どうしが衝突し
-
6:45 - 6:48結合することで
銀河は成長を続け -
6:48 - 6:51私たちの天の川銀河のような
大きさになります -
6:52 - 6:56さて 暗黒物質が存在しない場合には
何が起こるのでしょうか? -
6:56 - 6:58暗黒物質がなければ
-
6:58 - 7:02そういう場所で
十分な塊ができません -
7:02 - 7:071つの高密度の領域に
太陽の百万倍以上の質量が集まらなければ -
7:07 - 7:11星の形成は始まらないことが
分かっていますが -
7:11 - 7:13暗黒物質がなければ
-
7:13 - 7:171か所に十分な量が
集まらないのです -
7:17 - 7:21ここで2種類の宇宙を並べて見てみましょう
-
7:21 - 7:27一方では すぐに塊ができていきます
-
7:27 - 7:31この宇宙では 銀河が容易に形成されます
-
7:31 - 7:33もう一方の宇宙では
-
7:33 - 7:35最初に小さな塊になっていた部分が
-
7:35 - 7:37成長せずに 小さいままです
-
7:37 - 7:40ほとんど何も起こりません
-
7:40 - 7:43この宇宙では 私たちの住む
銀河系はおろか -
7:43 - 7:45どんな銀河も生まれません
-
7:45 - 7:46天の川銀河が形成されることも
-
7:46 - 7:48太陽ができることもなく
-
7:48 - 7:50人類も誕生しません
-
7:50 - 7:53人間が存在し得ない宇宙なのです
-
7:55 - 8:00この非常に不思議な暗黒物質は
宇宙の質量の大半を占めています -
8:00 - 8:03人類の存在は 絶えず体を通過する
この物質のおかげです -
8:03 - 8:05その正体は?
-
8:06 - 8:07実は全く分かっていません
-
8:07 - 8:09(笑)
-
8:09 - 8:12ですが 根拠に基づいた推測が
たくさん出てきており -
8:12 - 8:16さらに探るためのアイデアも
数多くあります -
8:16 - 8:20ほとんどの物理学者は
暗黒物質は粒子だと考えています -
8:20 - 8:23おなじみの
陽子、中性子、電子といった -
8:23 - 8:26亜原子粒子に
類似したものだろうと -
8:26 - 8:32それが何にせよ 重力を受けたときの反応は
非常に似通っています -
8:32 - 8:36ですが 光は出さず 吸収もしません
-
8:36 - 8:38また 通常の物質を突き抜けてしまいます
-
8:38 - 8:40そこに物質がないかのように
-
8:40 - 8:43暗黒物質とは どんな粒子なのでしょうか?
-
8:43 - 8:45例えば 重さはどれくらいなのか?
-
8:45 - 8:50通常の物質と何らかの
相互作用をするのか? -
8:50 - 8:53物理学者は暗黒物質の正体について
色々推測していて -
8:53 - 8:55実にクリエイティブに考えていますが
-
8:55 - 8:59そういうアイデアが
非常に広範囲に及んでいるために -
8:59 - 9:01とても難しいものになっています
-
9:01 - 9:04最小の亜原子粒子くらい
小さいという考えから -
9:04 - 9:08太陽100個分の質量を持つほど
大きいという 考えまであります -
9:09 - 9:13では どうすれば正体を
突き止められるでしょうか? -
9:13 - 9:18物理学者や天文学者にとって
暗黒物質を探す方法はたくさんあります -
9:18 - 9:20その1つの例が
-
9:20 - 9:25地下鉱山深くで現在進行中の
高感度検出器の製作です -
9:25 - 9:32地球や私たちを通り抜ける
暗黒物質の粒子が -
9:32 - 9:38密度の高い物質にぶつかって
通過の痕跡を残す可能性を探るのです -
9:38 - 9:41暗黒物質の探求は
空でも進められています -
9:41 - 9:47暗黒物質粒子どうしが衝突したときに
発生するであろう高エネルギーの電磁波を -
9:47 - 9:51特殊なガンマ線望遠鏡で
確認することを目論んでいます -
9:51 - 9:54地球上では 暗黒物質を
作り出す試みさえ行われていて -
9:54 - 9:58スイスにある
大型ハドロン衝突型加速器で -
9:58 - 10:02粒子どうしを衝突させて
現象を観察しています -
10:03 - 10:05これまでに
-
10:05 - 10:08そういった実験により
多くのことが分かりました -
10:08 - 10:10暗黒物質が
何物でないかについて― -
10:10 - 10:11(笑)
-
10:11 - 10:14正体はまだ分かっていません
-
10:14 - 10:17暗黒物質が何物かについては
いろいろアイデアがあって -
10:17 - 10:19その通りなら これらの実験で
観察されるはずですが -
10:19 - 10:21まだ確認はされていません
-
10:21 - 10:24ですので 今後も知恵を絞って
探し続ける必要があります -
10:25 - 10:30さて 暗黒物質の正体についてヒントを得る
方法がもう1つあります -
10:30 - 10:32それが銀河の研究です
-
10:32 - 10:34先ほどお話ししたように
-
10:34 - 10:39暗黒物質がなければ 銀河系をはじめ
多くの銀河は存在し得ません -
10:39 - 10:42モデルに基づいた
銀河についての予想は -
10:42 - 10:44これ以外にも たくさんあります
-
10:44 - 10:46宇宙における銀河の分布
-
10:46 - 10:47どんな動きをしているのか
-
10:47 - 10:49時間とともに どう進化していくのか
-
10:49 - 10:54こうした予想は
天体観測で確かめられます -
10:54 - 11:00そういう銀河を使った方法を
2つご紹介しましょう -
11:01 - 11:061つ目は 銀河を使い
宇宙の地図を作るというものです -
11:06 - 11:09私が関わっている
ダークエネルギー調査では -
11:09 - 11:13これまでで最大の
宇宙の地図を作っています -
11:13 - 11:16全天の8分の1の部分の
-
11:16 - 11:211億にのぼる銀河の位置と形が
測定されています -
11:22 - 11:28この宇宙地図には 空のその部分に存在する
全物質が示されています -
11:28 - 11:34これは1億の銀河からの光の歪みに基づいて
推測された結果です -
11:35 - 11:41光は そういう銀河と私たちの間に存在する
全ての物質によって歪みます -
11:42 - 11:47物質の持つ重力には光を曲げるのに
十分な強さがあるんです -
11:47 - 11:51それを考慮して得られるのが
この画像です -
11:52 - 11:54つまり こうした天体図を見れば
-
11:54 - 11:57どれくらい暗黒物質が
あるのかが わかり -
11:57 - 12:01また その位置や
経時的な変化もわかります -
12:03 - 12:09ここでは 最大規模での観察から
宇宙の構成要素を知ろうとしているわけですが -
12:09 - 12:17実は 宇宙で一番小さい銀河から
有益なヒントを得られることが分かりました -
12:17 - 12:19理由を説明しましょう
-
12:19 - 12:23ここに2つの宇宙の
シミュレーションがあります -
12:23 - 12:25違いは暗黒物質の種類です
-
12:25 - 12:28どちらの写真も
天の川銀河のような銀河の -
12:28 - 12:31周辺の領域を示したものです
-
12:31 - 12:34周囲に他の物質がたくさんあるのが
分かります -
12:34 - 12:35小さな塊になっている部分です
-
12:35 - 12:38さて 右側の画像では
-
12:38 - 12:43暗黒物質の粒子は 左側の画像よりも
ゆっくりと動いています -
12:43 - 12:46暗黒物質の粒子の動きが
非常に速いと -
12:46 - 12:49小さな塊の重力では力が弱すぎて
-
12:49 - 12:51高速の粒子の速度は下がらず
-
12:51 - 12:53そのまま進み続け
-
12:53 - 12:55小さな塊に取り込まれる
ことはありません -
12:55 - 13:00左側の宇宙では 右側の宇宙よりも
塊の数が少なくなります -
13:00 - 13:02小さな塊が存在しなければ
-
13:02 - 13:05小銀河の数も少なくなります
-
13:06 - 13:08南の空を見上げると
-
13:08 - 13:11実際にそういう小銀河を
2つ見ることができます -
13:11 - 13:15天の川銀河を周回する
小銀河としては最大の -
13:15 - 13:18大マゼラン雲と小マゼラン雲です
-
13:19 - 13:24この数年で さらに小さな銀河が
たくさん見つかっています -
13:24 - 13:25これはその1つです
-
13:25 - 13:28先ほどの 宇宙地図を作るときに使った
-
13:28 - 13:32ダークエネルギー調査で
発見されたものです -
13:32 - 13:34非常に小さい銀河の中には
-
13:34 - 13:36極めて小さいものもあり
-
13:36 - 13:40天の川銀河のように
何千億の恒星ではなく -
13:40 - 13:43数百の恒星だけで
できています -
13:43 - 13:46そうなると見つけるのは
非常に厄介ですが -
13:46 - 13:48この10年の間に
-
13:48 - 13:51たくさんの小銀河が
新たに発見されました -
13:51 - 13:53今では 60の小銀河が天の川銀河を
-
13:53 - 13:56周回していることが分かっています
-
13:56 - 14:01この小さな銀河が暗黒物質の謎を解くうえで
大きなヒント与えてくれます -
14:01 - 14:05小銀河が存在するという
事実そのものから -
14:05 - 14:07暗黒物質はすごく速く動くものではなく
-
14:07 - 14:12通常の物質に遭遇しても 特に何も
起こらないことが分かるからです -
14:13 - 14:14今後 数年のうちに
-
14:14 - 14:18今よりもずっと正確な天体図を
作るつもりです -
14:19 - 14:22それができれば
宇宙や銀河全体の動画に -
14:22 - 14:25さらに磨きをかけることができます
-
14:26 - 14:30物理学者も 実験室で
暗黒物質の兆候を捉えるべく -
14:30 - 14:34新しい高感度の実験を準備中です
-
14:35 - 14:38暗黒物質は依然として 大きな謎に
包まれていますが -
14:38 - 14:42今は それに取り組む
絶好の時です -
14:43 - 14:45暗黒物質が存在することには
明確な証拠があります -
14:45 - 14:48極小の銀河という規模から
-
14:48 - 14:50宇宙全体という規模まで
-
14:51 - 14:56実際にこの物質を見つけて
正体を突き止めることはできるのでしょうか? -
14:57 - 14:58何とも言えません
-
14:58 - 15:01ですが それを解明するのは
非常に楽しいだろうと思います -
15:01 - 15:04発見できる可能性は大いにあります
-
15:04 - 15:07暗黒物質が何をしているのか
それが何物ではないのか -
15:07 - 15:10もっと学べるだろうことは確かです
-
15:10 - 15:13近いうちに この粒子を
見つけられるかどうかは別にして -
15:13 - 15:19この謎が非常に身近な話だと
皆さんに理解してもらえたことを願います -
15:19 - 15:20暗黒物質の探求により
-
15:20 - 15:24物理学や 宇宙における
我々の位置についての認識が -
15:24 - 15:25刷新されるかもしれません
-
15:25 - 15:27ありがとうございました
-
15:27 - 15:31(拍手)
- Title:
- 暗黒物質の探求とこれまでにわかったこと
- Speaker:
- リサ・ウェクスラー
- Description:
-
宇宙の全質量の約85パーセントを占めるのは、宇宙に膨大な影響を及ぼしているものの直接観察することができない「暗黒物質」です。この不思議な物質の正体は何か?我々の存在にどう関わるのか?宇宙物理学者のリサ・ウェクスラーが、宇宙形成の過程を理解するうえで暗黒物質が鍵を握る理由を論じ、世界の物理学者がその研究のために考え出した独創的方法を紹介します。
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 15:43
Yasushi Aoki edited Japanese subtitles for The search for dark matter -- and what we've found so far | ||
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