ダークマター探求が歴史的加速：WIMP理論の限界とSIMP・新検出戦略

ニュース要約: 宇宙の27%を占めるダークマターの正体解明が歴史的な加速を見せている。長らく有力視されたWIMP理論が限界を迎え、赤外線分光や重力レンズを利用した革新的な検出戦略が成果を上げている。今後はSIMPやアクシオンといった新候補粒子に焦点が移り、人類の宇宙観を変える発見に期待が高まる。

宇宙最大の謎「ダークマター」に迫る：WIMP理論の転換期と革新的な検出戦略

〜赤外線分光、重力レンズ、そして新粒子候補SIMPの台頭〜

現在、宇宙の構成要素の約27%を占めながら、光を発さず、未だ正体が掴めない暗黒物質、すなわち「ダークマター」。その謎の解明は、素粒子物理学と宇宙物理学が共有する最大の課題であり続けている。2025年は、長らく有力候補とされてきたWIMP（弱く相互作用する重い粒子）理論の限界が顕在化する一方で、革新的な観測技術の導入により、その正体に迫る動きが歴史的な加速を見せている。（2025年11月28日日本経済新聞/共同通信社）

第1章：観測手法の革新、矮小銀河からの光子を捉える

ダークマターの正体を突き止める上で、日本の研究チームが世界をリードする成果を上げている。

東京都立大学の研究チームは今年2月、高分散赤外線分光技術を用いた新たな探索手法で世界最高感度を達成したと発表した。マゼラン望遠鏡に搭載された近赤外線高分散分光器「WINERED」を使用し、矮小楕円体銀河「しし座V」と「きょしちょう座II」を対象に観測を実施。わずか4時間弱の観測で、ダークマターが崩壊する際に放出される光子（約1.8～2.7電子ボルト）の検出に世界で初めて成功し、その寿命の下限値推定に成功した。

この手法の革新性は、背景光が暗く見える赤外線領域を利用することで、ダークマター由来の線スペクトルを直接捉える点にある。この実証は、従来の地下実験やガンマ線観測とは一線を画す、全く新しいアプローチとして、素粒子物理学界に新たな道筋を提示した。

また、東京大学の戸谷友則教授は、天の川銀河の中心方向からダークマターが放つと予想されてきたガンマ線の検出の可能性を示唆しており、もし確認されれば、重力的な影響だけでなく、粒子としての痕跡を初めて「目に見える」形で捉えることになる。

さらに、宇宙の大規模構造を形作る微細な塊の検出も進む。今年10月には、国際チームが超高精度VLBI（超長基線電波干渉法）技術を駆使し、重力レンズ効果を利用して史上最小のダークマター塊の検出に成功した。これにより、銀河形成の基盤とされる「冷たいダークマター理論」の整合性が裏付けられ、今後の宇宙論研究の基盤を強固なものとした。

第2章：WIMP理論の限界とSIMP、アクシオンの台頭

長らくダークマターの最有力候補とされてきたWIMP（Weakly Interacting Massive Particle）理論は、近年の高感度検出実験（XENON、XMASSなど）の進展にもかかわらず、決定的な証拠が得られていないことから、その理論的限界が指摘され始めている。

WIMP理論が予測する銀河中心部の高密度なダークマターハローが観測されていないなど、理論と現実のギャップが顕在化しているのだ。これを受け、研究の焦点はWIMP以外の未知の候補粒子へと拡がりを見せている。

現在、特に注目を集めているのが、WIMPよりも格段に軽く、強い相互作用を持つ可能性を秘めたSIMP（Strongly Interacting Massive Particle）である。SIMPがダークマターの正体である場合、従来のWIMP検出実験では捉えられず、全く異なる実験手法が必要となる。

また、WIMPとは対照的に極めて軽量で、光子と相互作用する可能性を持つアクシオンも有力候補として浮上している。アクシオンは「超冷たいダークマター」として宇宙構造形成に影響を与えるとされ、ADMXなどの実験で集中的に探索が進められている。

これらの新候補粒子の登場は、ダークマターの宇宙論的役割の再定義を促している。WIMPが「冷たいダークマター」の代表例であったのに対し、SIMPは「温かいダークマター」、アクシオンは「超冷たいダークマター」の性質を持つ可能性があり、これは銀河や銀河団の形成過程のシミュレーション結果を根本から見直すことにつながる。

第3章：宇宙の大規模構造とダークマターハロー

ダークマターが宇宙に占める割合は、通常の物質の約5倍にも及び、銀河や宇宙の大規模構造を形作る上で不可欠な要素である。

宇宙の構造形成は、宇宙初期のダークマターの微小な密度揺らぎから始まり、重力崩壊によって「ダークマターハロー」と呼ばれる塊が形成される。このハローが、星や銀河の形成を促す重力の足場となる。天の川銀河のような巨大銀河は、太陽質量の1兆倍以上もある大きなダークマターハローの中心に存在している。

これらのハローは、小さなハローが繰り返し合体・成長することで進化し、銀河団へと発展していく。さらに銀河団は、巨大な網目状の構造（フィラメント構造）で繋がり、その間に銀河が存在しない巨大な空間（ボイド構造）が広がる。この網目状のパターンこそが、ダークマターの重力が支配する宇宙の大規模構造である。

ダークマターの性質を解明することは、この構造形成の歴史を遡る鍵となる。例えば、筑波大学の研究では、宇宙初期のダークマターの分布を精密に再現し、当時の水素ガスから放出された電波にその特性を示す「指紋」が刻まれていることを解明した。月面など大気圏外に電波天文台を設置し、全天観測を行うことで、初期宇宙のダークマターの正体に迫れるとの期待が高まっている。