ダークマターとは？東京大学の最新研究内容と2025年の「見えたかもしれない」発見をわかりやすく解説

この記事では、宇宙の大部分を占めるとされる「ダークマター」について、東京大学の研究を中心に、2025-11-28現在の公表情報をもとにわかりやすく解説します。まだ正体は未解明ですが、2025年には「ついに見えたかもしれない」と話題になる成果も報告されました。本記事ではその内容と意義をやさしく整理します。

ダークマターとは？ざっくりおさらい

ダークマターは、光を出さず・吸収も反射もしない「見えない物質」とされています。ただし重力は持っているため、銀河の回転の仕方や、銀河団同士の動き、宇宙背景放射の揺らぎなどから、その存在が間接的に裏付けられています。

観測によると、宇宙のエネルギー・物質の内訳は、おおよそ通常の物質が約5%、ダークマターが約27%、残りを「ダークエネルギー」が占めると見積もられています。つまり、私たちが目で見える物質はごく一部に過ぎず、宇宙は「見えないもの」に支配されている、というのが現在の標準的な見方です。

ダークマター候補としては、WIMP（弱く相互作用する重い粒子）、アクシオン、超軽量ベクトル粒子など、さまざまな粒子モデルが提案されていますが、「これだ」と断定できる観測証拠は、まだ確定していません。

この章の要点

• ダークマターは光らず見えないが、重力の影響から存在が強く示唆されている。
• 宇宙全体の約1/4を占めると見積もられ、通常の物質よりずっと多い。
• 粒子候補は多数あるが、決定打となる「正体」はいまだ未解明で、観測と理論の両面から研究が続いている。

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東京大学のダークマター研究の全体像

東京大学では、天文学・宇宙物理学・素粒子物理学が連携し、さまざまなアプローチでダークマター研究を進めています。大きく分けると、次のような方向性があります。

• 銀河や宇宙背景放射などの「天文観測」から、ダークマターの分布や性質を探る。
• ガンマ線や赤外線など、特定エネルギーの光を観測して、ダークマター粒子の「崩壊・対消滅シグナル」を探す。
• 地下実験や新しいセンサー技術を用いて、極めて弱い相互作用を直接測定しようとする。

たとえば、2024年度から「浮揚ナノ粒子によるベクトルダークマター探査」という科研費プロジェクトがスタートしています。これは、レーザー光で宙に浮かせたナノ粒子を極低温まで冷却し、超軽量の「ベクトル型ダークマター」が及ぼす微弱な力を検出しようとするもので、これまで未探索だった質量領域を高精度で探ることを目指した研究です。

また、月の裏側に電波望遠鏡を設置して初期宇宙からの微弱な電波（21cm線）を観測し、ダークマターの性質に迫ろうとする理論・シミュレーション研究なども進められています。

この章の要点

• 東大では「ガンマ線観測」「赤外線観測」「新センサー実験」など、多様な手法でダークマターに迫っている。
• WINEREDや浮揚ナノ粒子など、最先端の観測装置・実験技術が活用されている。
• 一つの研究だけで決着するわけではなく、異なる手法の結果を総合して「正体」に近づこうとしている。

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2025年11月：Fermi衛星で「20GeVガンマ線過剰」発見か？

2025年11月26日、東京大学の戸谷友則教授は、NASAのFermiガンマ線宇宙望遠鏡の約15年分のデータを解析し、天の川銀河の中心方向に広がるハロー領域から、エネルギー20GeV付近のガンマ線が過剰に出ていることを報告しました。

このガンマ線の空間分布は、シミュレーションで予想されるダークマターハロー（Navarro–Frenk–Whiteプロファイル）によく似た球対称の形をしており、スペクトルも「質量がおよそ陽子の約500倍のWIMPが対消滅したときに出るガンマ線」と整合的だとされています。

もしこの解釈が正しければ、「人類が初めてダークマターそのものを光として“見た”可能性がある」非常に大きな結果です。ただし、矮小銀河からのガンマ線観測の上限や、他の天体起源のガンマ線との区別など、まだ慎重な検証が必要とされています。現時点では「有力な候補だが未確定」という段階で、今後、独立グループによる再解析や他の望遠鏡での追試が予定されています。

この章の要点

• Fermi衛星のデータから、銀河ハローに20GeV付近のガンマ線過剰が報告された。
• 空間分布・エネルギースペクトルは、質量約0.5〜0.8TeVのWIMPが対消滅した場合とよく合うとされる。
• しかし、他の観測制約との整合性など課題もあり、「発見確定」ではなく今後の追試・検証が重要とされている。

2025年2月：WINEREDによるeVスケール・ダークマター探索

2025年2月には、東京大学を含む共同研究グループが、南米チリのマゼラン望遠鏡に搭載された近赤外線高分散分光器「WINERED」を使い、eVスケールの軽いダークマター候補を狙った観測結果を発表しました。

観測対象としたのは、ダークマター密度が高いとされる矮小楕円体銀河Leo VとTucana II。これらを合計約4時間弱観測し、「もしダークマターが近赤外線の線スペクトルとして崩壊光を出すなら、どのくらいの頻度まで許されるか（＝寿命の下限）」を世界最高感度で制限しました。

この成果により、「ダークマターがeVのような軽い質量を持ち、近赤外線フォトンへごくまれに崩壊する」というシナリオの一部が強く制限されました。同時に、赤外線分光という手法が、ダークマターの正体解明に有効であることを実証した点も大きな意義があります。

この章の要点

• WINEREDを使った観測で、eVスケールの軽いダークマター候補に対して世界最高クラスの制限が得られた。
• 観測時間は合計4時間弱と比較的短いが、高分散分光という手法により高感度を実現している。
• 「ガンマ線で探る重い粒子」「赤外線で探る軽い粒子」というように、質量ごとに異なる手法を組み合わせることが重要になっている。

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これからの展望と、一般の私たちが押さえておきたいポイント

2025年の成果だけを見ても、「重いWIMPを狙ったガンマ線観測」「軽いダークマターを狙った赤外線観測」「超軽量ベクトルダークマターを狙う室内実験」と、東京大学を軸に多様なアプローチが急速に進んでいることがわかります。

一方で、どの結果も現時点では「決定的な発見」には至っておらず、今後の追試・検証・新しい観測が重要です。ダークマターの正体は、ひとつの実験だけでなく、多くの独立した証拠が積み重なって初めて確定していきます。

一般の私たちにとっては、「たった数％しか“見える宇宙”を知らない」という事実そのものが、宇宙観や世界観を大きく広げてくれます。ニュースや大学のプレスリリースを追いながら、どんなシナリオが生き残っていくのか、長い物語として見守っていく姿勢が大切です。

この章の要点

• 2025年は、ガンマ線・赤外線・実験物理の3方向からダークマターに迫る重要な年になっている。
• ただし、どの結果も「確定」ではなく、今後の追試や他の観測との整合確認が必要。
• ダークマター研究は長期戦であり、ニュースや大学発表を継続的にフォローすることで理解が深まる。