ダークマターについて

Question

「銀河の内側の星と外側の星で、銀河を回る角速度はほぼ同じである、という観測結果から、銀河は質量をもつ何かにすっぽりと覆われているということが言える」らしいのですが、
どうしてそういうことが言えるのか素人の私に教えてください。

satoumasaru · Accepted Answer

＃１様の紹介されたサイトの話で充分かとは思いますが、若干補足させていただきます。

まず、ニュートンの万有引力では逆二乗の法則があります。すなわち、万有引力の強さはは距離の自乗に反比例するというものです。これに基づいた計算で太陽系の惑星の動きを計算した場合、 惑星の公転周期の2乗は軌道の半長径の3乗に比例します。ケプラーの第三法則ですね。ですから、太陽から離れれば離れるほど、惑星の太陽を回る速度（軌道速度）が低くなります。

たとえば、水星ですと太陽を回る平均軌道速度は47.36km/sです。ところが海王星だと5.44km/sです。すなわち、重力源から離れると速度は大幅に変わってしまうのです。

銀河系等の場合でも、銀河に属する星々は銀河中心核のまわりを回転しています。少なくとも光でみる限りは、核の部分に圧倒的多数の星々があります。ですから、本来で言えば銀河核周辺の星の軌道速度と銀河の周縁部の星の軌道速度と大きく異なることが予想されます。ところが、軌道速度は違うことは違うのですが、ニュートンの法則が予言するほどの差はでてきません。

こうなると、考えられる前方法は二つです。
１．ニュートンの法則がまちがっている。、
２．銀河全体の質量のかなりの部分が核にあるという考えがまちがっている

ニュートンの法則が間違っていないとすれば、２だということですね。しかし光で見える範囲で言えば、多数、圧倒的多数といっていいほど、核の部分に星が密集しています。ということは、銀河には見えない質量（ダークマター）があって、実は予想されるほど銀河の質量の圧倒的多数が集中しているわけではないという結論に達します。

なお、銀河系をとりまく、球状星団も銀河核を中心として公転していますが、これらの動き等から「ダークマター」は銀河をとりまくように球状に広がっていると考えられています。

なおボイドの中に反物質があるという説もあるようですが、反物質があれば必ず物質の対消滅がおこり、そこでガンマ線が放射されます。すくなくとも、そのような観測的事実は報告されていません。したがって、わたしたちの住んでいるこの宇宙には反物質はほとんど存在しないだろうと考えられています。

加えて言えば、現代の物理学の最先端である加速器を使用して「反物質」をつくることは可能ですが、せいぜい素粒子レベルの話です。それを利用してエネルギーをとりだすなどということは、１００％無理とはいいませんが、ＳＦの世界ですね。

kigurumi · Answer

これなんかどうでしょう。

http://66.102.7.104/search?q=cache:m9xZ5VEj8UoJ:homepage2.nifty.com/KTC/kikanshi_059/tech/tech.html+%E3%83%80%E3%83%BC%E3%82%AF%E3%83%9E%E3%82%BF%E3%83%BC%E3%80%80%E6%9A%97%E9%BB%92%E7%89%A9%E8%B3%AA%E3%80%80%E5%8F%8D%E7%89%A9%E8%B3%AA&hl=ja
　　↑
宇宙のサイクルのところ

『そこで又新説「ダークマターは銀河団内にあるのではなく銀河団と銀河団の間のボイドにあって、飛び出さないように外から押さえつけている。従ってダークマターは反物質で反発力を持つ」と。』


この反物質をなんとかエネルギーとして使えないかと今研究中らしいです。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%8D%E7%89%A9%E8%B3%AA

まだ赤字になるし、不安定なので、実用には至っていないようです。

luune21 · Answer

#1です。
もっとちゃんとした説明のあるサイトを見つけました。↓をどうぞ。

参考URL：http://www005.upp.so-net.ne.jp/yoshida_n/qa_a75.htm

luune21 · Answer

＞銀河の内側の星と外側の星で、銀河を回る角速度はほぼ同じである

ではなくて、銀河は角速度一定ではなくて速度一定だからではないでしょうか？

巨大質量が中心にある太陽系はケプラーの法則によって、太陽から遠いほど早く回転します。これは重りをつけたひもをブンブン回すことと同じですね。一方銀河は、太陽系の辺りで毎秒約200km、そのずっと外側でも毎秒約200kmです。このケプラーの法則との違いを説明するためには、何らかの(中心部ではない所に)大きな質量を加えなければならないのですね。

ダークマターについて

＃１様の紹介されたサイトの話で充分かとは思いますが、若干補足させていただきます。

これなんかどうでしょう。

#1です。

＞銀河の内側の星と外側の星で、銀河を回る角速度はほぼ同じである

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