2024年に大注目の科学は？ 物理学者 村山斉さんに聞く

実はこのダークマターっていうのが“私たちのお母さん”なんです。このダークマターがないと、星も銀河も私たちも生まれなかったんだ。そういう意味で、私たちを作ってくれた大事な存在なんです。だから、“私たちのお母さん”なんですね。

例えば私たちの銀河系（天の川銀河）って、なんかこういう風に渦がある、渦巻銀河なんですね。渦巻銀河の中で太陽系は結構、端っこの方にある“郊外”に住んでるんですよ。地球もそこです。太陽も地球もみんなここにあります。“郊外”に住んでるので、真ん中にないわけですから、この銀河系の中で太陽系って、こう、公転してるんですね。ぐるぐるっと。でも、実はものすごい速さで。どのくらい速いかっていうと、秒速220キロメートルって、とんでもない速さで動いてるんですね。 東京から名古屋まで2秒みたいな感じですよ。

で、そんな速く動いてるんだったら、これもうビューンって出てっちゃうんじゃないかと思いますよね。ここの銀河の中にいる星の重力では全然繋ぎ止めておくことができないってことがわかってるので、銀河系って星の集まりだと思ったんですが、ダークマターがたくさんあって、この重力で引っ張っててくれるので、ちゃんと銀河の中に収まってるんだと。そういうものがなきゃいけないんだってことがわかってきたんですね。もともとダークマターがなかったら、星ができる、銀河ができる、その中で地球ができるっていうこともなかったんじゃないかと。

重さとしては、本当に太陽みたいな重いものかもしれないし。小さな粒々の電子みたいな軽いものかもしれないし。もしかしたらもっとずっと軽いもので波のような振る舞いをしてるものかもしれないし。そんなことも分かってないんです。ダークマターはどう見ても、私たちの普通の物質と反応してくれない。ですから私たちの体をピュンピュン通り抜けていても全然感じないような、そういう“幽霊みたいな不思議な存在”だということなんです。

私たちは天の川銀河の“郊外”に住んでると言いましたけど、更にもうちょっと遠くに行くと、離れた“郊外の村”みたいなのがあるんですね。そういうのは「矮小銀河」と言って、すごく暗い、星がほとんどないんだけども小さな銀河があったりするんです。「矮小銀河」は星があんまりないので、ほとんどダークマターでできていて。その中で星がどういうふうに動いているのかを見ると、ダークマターの集まり具合っていうのが、間接的ですけども分かるんですね。

私たちのチームで今やっているのは、「すばる望遠鏡」という日本の国立天文台が作った望遠鏡に新しい装置を取り付けるように準備してるんですね。この装置を使うと、星１個１個がどのくらい速く動いてるかっていうのが正確に測れるようになるんです。星の動きっていうのは、ダークマターの重力で引っ張られている中で動いてるはずなので。星の動きを１個１個調べていくと、そもそもダークマターがどういうふうに集まってるかっていうのが、読み出せるはずなんです。その観測がことし（２０２４年）、もしかしたら来年始まろうという段階に来ていて、それで期待が高まってるんですね。

これまでも星１個１個の動きを測る装置というのはあったんですけれども、銀河全体でどういうふうにダークマターが分布しているか知りたいと思うと、たくさんの星の動きをいっぺんに調べないとらちが明かないんですね。いままで１個１個の観測はできたんですけど、この新しい装置を使うと、いっぺんに２４００個の天体の動きを同時に観測できるようになるので、いままで１０００年かかった観測が１年でできるようになるわけなんです。

はい。そういう装置をいま作ってます。非常に期待がかかっている装置ですね。

もう１つ日本のJAXAが打ち上げた人工衛星で「XRISM（クリズム）」っていうのがあります。これはX線を使って天体の観測をする人工衛星なんです。X線ってレントゲンで使うのと同じX線なんですけれども。空から来るＸ線っていうのは、地球の大気に邪魔されて（地上に）届かないんですね。ですから地上でいくら観測しようと思っても届いてこないから見えない。人工衛星で空気の上に行くと遠い天体からやって来るＸ線っていうのが捕まえられるんです。

ダークマターはニュートリノの１種という説があるんですけど、この説だと時々ぽろっぽろっと壊れるようなもので、壊れるとＸ線って光を出すんだという説なんです。だとしたら例えばダークマターがたくさん集まっていると思われる“大都会”ですね。隣の銀河を見ましょう。その銀河をじっと見てると、時々中心の辺りからダークマターが壊れて出てくるＸ線がやって来るはずだと。

Ｘ線の観測はいままでもやられてはいるんですけど、新しく上がった「ＸＲＩＳＭ」は今までよりもはるかに感度が良くて、いままで見えてなかったものが見えてくる可能性があるんだ。そこにやっぱり期待がかかっています。

実はそのほかにもいろいろな探し方をしていて、地下に潜ってダークマターを探している人たちもいます。

なぜ地下に行くかということなんですけど、ダークマターはここら辺にふわふわしている“幽霊みたいなもの”で、私たちの体をすーすー突き抜けていることを考えているわけですから。穴の中に潜っても別に地球の真ん中でもすーすーやって来ると思ってるんですね。なんでじゃあわざわざ地下に行くかっていうと地表っていうのは人間が活動してますし、宇宙からいろんなものが降ってくるので、いろいろ邪魔なものがあって。ダークマターのめったにない反応を見ようと思っても、言ってみれば雑音だらけなんですね。

でも地下に潜ると、宇宙からやってくるいろんなものとか、人間の影響とかって無くなって、非常に静かな環境になると。静かな所であれば、たまにちょろっと反応するっていうのも、耳を澄ませて聞くことができるかもしれない。ですからわざわざ地下に潜って、ダークマターがやって来てたまに反応するのをじっと待ってるっていう、そういう探し方もあります。

いま宇宙の謎を解明するために本当にいろんな実験とか観測が計画されていて。２０２４年にいろんな新しい観測が始まります。ですから▽ダークマターの正体を知りたいというのはもちろん１つの大きなテーマですが、▽ダークエネルギーという不思議な別の存在の正体が見えてくるという可能性もある。▽それから宇宙が始まった時には、宇宙は本当にミクロの世界で始まって、原子よりも小さかったんだと。その小さな宇宙をぶわーっと大きくしたインフレーションっていう時期があったと思われてるんですけども、この証拠も探しているので、見つかったというニュースもことし出てくるかもしれません。

このインフレーションは宇宙を大きくしながら、そこに少し凸凹を作ってくれた。この凸凹をダークマターが育てて、星や銀河、わたしたちを作ってくれた。ですから種をまいたインフレーションは、“お父さん”みたいな存在で、それを育ててくれたダークマターは“お母さん”みたいな存在だ。その両親のおかげで私たちが今ここに存在しているわけです。