科学者たちは、暗黒物質が宇宙重力井戸を通る際に通常の物質と同じ物理法則に従うことを示す精密なテストを実施した。ジュネーブ大学の研究者たちが主導したこの研究は、暗黒物質に影響を与える第五の力を示す強い証拠はないことを示唆している。しかし、より弱い未知の相互作用は依然として可能だ。
暗黒物質は、宇宙における通常の物質よりも約5倍の質量を占め、光を発したり反射したりしないため、長年宇宙論学者を困惑させてきた。ジュネーブ大学（UNIGE）と共同研究者による新しい研究は、2025年に Nature Communications に掲載され、宇宙スケールでのその振る舞いに対するこれまでで最も鋭いテストの一つを提供する。
研究者たちは、暗黒物質が重力、電磁気力、強い核力と弱い核力という4つの既知の基本力に反応するのか、それとも追加の第五の力が影響を与えるのかを調査した。これを行うために、主に暗黒物質で構成される銀河の速度を、巨大な宇宙構造によって形成された重力井戸の深さと比較した。これらの井戸はアインシュタインの一般相対性理論に従って時空を歪め、通常の物質はオイラーの流体力学方程式に従ってそれらに落ちる。
「暗黒物質が第五の力の影響を受けない場合、主に暗黒物質でできた銀河は、重力だけによって支配され、通常の物質のようにこれらの井戸に落ちるでしょう」と、UNIGEの理論物理学部門の准教授で研究の共著者のカミーユ・ボンヴィンが説明した。「一方、第五の力が暗黒物質に作用する場合、それは銀河の運動に影響を与え、銀河は井戸に異なる方法で落ちることになる。」
現代の宇宙論データを分析した結果、チームは暗黒物質の運動がオイラーの方程式に沿っており、通常の物質を反映していることを発見した。「しかし、この段階では、これらの結論は未知の力の存在をまだ排除していません。ただし、そのような第五の力が存在する場合、それは重力の強さの7%を超えることはできません —そうでなければ、すでに私たちの分析に現れていたでしょう」と、主著者のナスタシア・グリム氏（元UNIGEポスドク研究者で、現在ポーツマス大学在籍）が述べた。
「Comparing the motion of dark matter and standard model particles on cosmological scales」（DOI: 10.1038/s41467-025-65100-8）という論文で詳細に述べられた発見は、宇宙形成における暗黒物質の役割を明確にするためのステップを表す。Large Synoptic Survey Telescope（LSST）やDark Energy Spectroscopic Instrument（DESI）などの将来のプロジェクトからの観測は、重力の2%ほど弱い力も検出可能で、新たな物理学を明らかにする可能性があると、共著者のアイザック・トゥトゥサウス（ICE-CSICおよびトゥールーズ大学）が述べた。