宇宙のほとんどの通常の物質は惑星、星、銀河には存在しない – 天文学者がそれがどこに分布しているかを説明する

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この記事はもともと次の場所で公開されました。 会話。 この出版物は記事を Space.com に寄稿しました。 専門家の声: 論説と洞察。

望遠鏡で宇宙を見渡すと、無数の銀河が見えます。そのほとんどには大きな中心銀河があります。 ブラックホール、数十億の星とそれに付随する惑星。宇宙には巨大で壮観な物体が溢れており、これらの巨大な物体が宇宙の物質のほとんどを保持しているように思えるかもしれません。

しかし、 ビッグバン理論 宇宙の内容物の約 5% は陽子、中性子、電子からなる原子であるはずだと予測しています。それらの原子のほとんどは星や銀河の中では見つけることができません。この矛盾が天文学者を困惑させています。

目に見える星や銀河の中にはないとしても、物質が隠れている可能性が最も高いのは銀河の間の暗い空間です。空間は真空とよく言われますが、完全に空ではありません。個々の粒子と原子は星と銀河の間の空間全体に分散し、「」と呼ばれる暗いフィラメント状のネットワークを形成します。宇宙の網。」

全体を通して 天文学者としての私のキャリア私はこの宇宙の網について研究しており、宇宙全体に広がる物質を説明することがいかに難しいかを知っています。

2025 年 6 月に発表された研究では、科学者チームが独自の無線技術を使用して宇宙の通常物質の調査を完了しました。

通常の物質の人口調査

通常の物質を探すのに最もわかりやすい場所は星の形です。重力 星を集めて銀河を作るそして天文学者は観測可能な宇宙全体の銀河を数えることができます。

国勢調査 それぞれの銀河は数千億の星からできています。たくさんの星が潜んでいるので数字は不確かです 銀河の外で。それは推定10です²³ 宇宙の星の数、あるいは星の数の何百倍にも相当します。 砂粒 地球上のすべてのビーチで。推定値があります 10⁸² 宇宙の原子。

しかし、この途方もない数は、ビッグバンによって予測されたすべての事柄を説明するには程遠いです。 丁寧な会計 星には宇宙の物質の 0.5% しか含まれていないことを示します。おそらく10倍以上の原子が宇宙に自由に浮遊していると考えられます。物質のわずか 0.03% 水素とヘリウム以外の元素、炭素と生命のすべての構成要素を含みます。

銀河の間を探す

の 銀河間媒体 – 銀河間の空間 – はほぼ完全な真空であり、密度は 1 立方メートルあたり 1 原子、または 35 立方フィートごとに 1 原子です。これは空気の密度の 10 億分の 1 未満です。 地球。 この非常に低い密度であっても、 この拡散媒体 920億光年という巨大な大きさを考えると、合計するとかなりの物質になります。 宇宙の直径。

銀河間媒体は、 とても暑い、数百万度の温度。そのため、以外では観察することが困難になります。 X線望遠鏡非常に高温のガスが宇宙全体に放射されるため、 非常に短いX線波長。 X 線望遠鏡はほとんどの光学望遠鏡よりも小さいため、感度が限られています。

新しいツールの導入

天文学者たちは最近、この欠落問題を解決するために新しいツールを使用しました。 高速無線バースト 太陽が 3 日で放出するのと同じくらいのエネルギーを 1 ミリ秒で放出できる強力な電波の爆発です。 2007 年に初めて発見され、科学者らはこのバーストが遠方の銀河にあるコンパクトな恒星の残骸によって引き起こされることを発見しました。そのエネルギーは、バーストが宇宙を伝わるにつれて減少し、そのエネルギーが地球に到達する頃には、携帯電話の信号が月で放射され、地球で検出される場合の信号よりも 1,000 倍弱くなっています。

2025 年初頭の調査によると、 バーストの発生源 超小型の中性子星の周囲の磁性の高い領域です。 中性子星 は、超新星爆発の後に自らの重力で崩壊した巨大な星の信じられないほど高密度の残骸です。電波バーストを放出する特定の中性子星の種類は次のとおりです。 マグネターと呼ばれる、地球の1000兆倍も強い磁場があります。

天文学者は高速電波バーストを完全には理解していませんが、 それらを使用して調査します 銀河の間の空間。バーストが宇宙を通過するにつれて、熱い銀河間ガス内の電子との相互作用により、より長い波長が優先的に遅くなります。無線信号は、プリズムが太陽光を虹に変えるのと同じように、広がります。天文学者は、拡散量を使用して、バーストが地球に到達するまでに通過したガスの量を計算します。

パズルが解けました

で 新しい研究、2025年6月に発表された論文では、カリフォルニア工科大学とハーバード大学天体物理学センターの天文学者チームが、カリフォルニアにある110台の電波望遠鏡を使用して69回の高速電波バーストを研究した。チームが発見したのは、 宇宙の通常の物質の 76% 銀河と銀河の間の空間に存在し、さらに 15% が銀河の中にあります。 銀河のハロー – 銀河内の目に見える星の周囲の領域 – 残りの 9% は銀河内の星と冷たいガスに含まれます。

宇宙の通常の物質の完全な説明は、ビッグバン理論の強力な肯定を提供します。理論は次のように予測します 通常の物質が豊富にある 宇宙の最初の数分で形成されるため、予測された 5% を回復できれば、理論は重要なテストに合格します。

すでに数千回の高速無線バーストが観測されており、 今後登場する一連の電波望遠鏡 おそらく発見率は年間 10,000 件に増加するでしょう。このような大規模なサンプルにより、高速無線バーストが強力になります 宇宙論のツール。 宇宙論 宇宙の大きさ、形、進化についての研究です。電波バーストは原子を数えるだけに留まらない可能性がある 三次元構造のマッピング 宇宙の網の。

宇宙の円グラフ

科学者たちは現在、通常の物質がどこに分布しているのか完全な把握をしているかもしれませんが、宇宙の大部分はまだ完全に理解していない物質で構成されています。

宇宙で最も豊富な成分は、 暗黒物質 そしてダークエネルギーですが、どちらもよく理解されていません。 ダークエネルギー を引き起こしている 加速する宇宙の膨張、 そして 暗黒物質 銀河と宇宙を結びつける目に見えない接着剤です。

暗黒物質はおそらくこれまで研究されていない種類の物質です 基本粒子 それはの一部ではありません スタンダードモデル 素粒子物理学の。物理学者はまだこの新しい粒子を検出できていませんが、それが存在することはわかっています。 一般相対性理論、質量は光を曲げ、遠くに さらなる重力レンズ効果 目に見える物質によって説明できる以上に、見られるのです。重力レンズを使用すると、銀河団が光を曲げて拡大します。 光学レンズに似たもの。暗黒物質は従来の物質を 5 倍以上上回ります。

一つの謎は解けたかもしれないが、もっと大きな謎が残っている。暗黒物質は依然として謎に包まれていますが、私たちは現在、人間を構成する通常の原子と私たちの周囲の世界について多くのことを知っています。