新たな研究により、我々の銀河系を含む銀河団が2つの巨大なボイド(空洞領域)の間に位置し、ダークマターがこの中心軸に沿って強く集中している可能性が示された。従来の暗黒物質理論は観測結果と合わせるために次々と修正を重ねており、もはや理論というより創作的な試みに近づいている。シミュレーションによれば、我々の観測結果を説明するには、ダークマターが周囲に奇妙なパンケーキ状の構造を形成している必要がある。この特殊な位置にいる確率は統計的に100分の1から1000分の1程度と推定され、決して無視できない異常さである。ダークマターに関する観測が増えるほど、この見えない物質に囲まれているという考えは奇妙さを増しており、重力の量子的性質に関する手がかりが隠されている可能性がある。
我々の宇宙における奇妙な位置
宇宙は私たちが思っていたよりもずっと奇妙です。あるいは、宇宙における私たちの位置そのものが奇妙なのかもしれません。驚くべき新しい論文が、私たちが2つの巨大なボイドの真ん中に位置していることを発見しました。そして、もしダークマターが存在するなら、それはこの中心軸に沿って強く集中しており、周囲のこれらの泡状の領域はほぼ空っぽのまま残されているというのです。
私だけの印象でしょうか、それとも少しオーガのように見えますか?そうです、ダークマター、つまり宇宙のすべての物質の80%を構成していると推定される目に見えない物質のことです。私たちはまだ、それが「物質」という名前に値する何らかの粒子であるという決定的な証拠を見つけていません。しかし同時に、それが粒子でできていないという決定的な証拠も見つけていないのです。本当にイライラさせられます。
ダークマター理論の複雑化
ここ10年間、興味深い傾向を目の当たりにしてきました。つまり、ダークマターを機能させるためには、それをますます奇妙なものにしなければならないということです。例えば、ダークマターは銀河の中心核に大量に蓄積される傾向がありますが、これは観測結果と一致しません。だから何らかの方法で平坦化しなければならず、そうすれば機能させることができます。
ダークマターは、私たちの銀河のような大きな銀河が、何百もの小さな銀河に囲まれているべきだとも予測しています。しかし実際はそうではありません。何らかの理由で、ダークマターは同じ数の小さな銀河を作り出していないのです。そして、そう、この理論を機能させることもできます。ダークマターは初期宇宙における銀河が非常に緩やかに成長すると予測していましたが、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡はそうではないことを明らかにしました。そして、そう、この理論も機能させることができます。
しかし発見後にモデルに組み込まなければならない観測結果が増えるたびに、ダークマターの魅力は失われていきます。この時点で、ダークマターは理論というより創作的な執筆活動に近いものです。新しい論文の著者たちは今、観測結果が私たちの周りのダークマターが並外れた構造、つまり2つの巨大なほぼ空の領域に囲まれたこの薄いパンケーキ状の領域を形成したことを強く示していると主張しています。私たちはその真ん中にいるのです。そして「私たち」と言うとき、太陽系や天の川銀河だけを意味しているのではなく、私たちが属している銀河団全体のことを指しています。
ダークマターの構造をどう発見したのか
私たちは実際にダークマターを観測することができません。そこが問題なのですが、では彼らはどうやってこれを発見したのでしょうか?彼らは構造シミュレーションモデルを使用しました。
これらのモデルは、ビッグバンから数百万年後の初期宇宙に設定されます。ダークマターの密度分布における小さなゆらぎから始めます。そして重力に自然の流れを任せると、ダークマターが凝集して構造やフィラメント、そして時にはボイドを形成します。彼らが使用したコンピューターシミュレーションは、これらのシミュレーションの大半と同様に、通常の可視物質を含んでいません。後になって、「ダークマターの方が通常の物質よりもはるかに多いのだから、通常の物質はダークマターの重力的引力に従わなければならない」と言って、通常の物質をダークマターに対応させようとするだけです。
新しい論文の著者たちは、ダークマターの通常の可視物質の最終結果が私たちの観測と一致するコンピューターシミュレーションだけを保持すると述べています。
そして彼らは、それを達成するため、つまり私たちの観測の修正を説明するためには、ダークマターが私たちの周りにこの奇妙な形を形成していなければならないことを発見しました。さて、私たちがボイドの端に住んでいるという考えは、文字通りにも、おそらく比喩的にも、新しいものではありません。以前にも指摘されていました。
しかし、これがダークマターの分布にとって何を意味するのかを見ることができたのは、これが初めてです。間違いなく奇妙です。この論文では標準宇宙論モデルであるLambda-CDMを使用しましたが、先ほど述べたように、観測結果と一致するコンピューターシミュレーションの結果だけを考慮しました。
我々の位置の統計的妥当性
したがって残念ながら、これは私たちが宇宙のこれほど特殊な場所にいることがどれほど可能性が高いか、または低いかを教えてくれません。以前の推定では、確率を2.5~3.3シグマ、つまり100分の1から1000分の1の確率と設定していました。統計的に有意ではありませんが、間違いなく奇妙です。私はこの論文にナンセンスメーターで10点満点中1点を付けます。
ゼロではありません。論文に関することではなく、彼らのコンピューターシミュレーションを判断する方法がないからです。そして、私たちがこの状況にいることがどれほど可能性が高いか、または低いかを数値化していないことに少しイライラしています。誰か他の人が調べてくれることを期待しています。これすべてにもっと深い教訓があると思います。ダークマターと一致させようとする観測が増えれば増えるほど、私たちがこの目に見えないもの全体に囲まれているという考えはより奇妙になります。
私は常に、私たちが何か大きなものを見逃していると考え続けています。そして、もし最終的にこの謎を解決できたら、それはダークマターが何であるかを教えてくれるだけでなく、量子重力の性質に関する手がかりも与えてくれるでしょう。なぜなら、未解決の謎よりも良いものは何でしょうか?その通りです。2つの未解決の謎です。
宇宙構造の形成と物理学
宇宙には、何十億年もかけて微小な量子ゆらぎから形成されたこれらの巨大な構造があると考えると、信じられないほど素晴らしいと思います。ですから、もし世界に失望を感じたら、これはすべて量子ゆらぎの産物であり、それがボイドや銀河、そして惑星上を這い回る小さな人間に進化したこと、そして実際のところ、これすべての責任は物理学にあることを思い出してください。
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