暗黒物質ハロ（あんこくぶっしつハロ、英: dark matter halo、ダークマター・ハローとも）とは、銀河や銀河団などの宇宙の大規模構造を包み込むように存在している、目に見えない暗黒物質（ダークマター）の巨大な球状の塊（ハロ）のことである。
宇宙論の標準モデルであるΛ-CDMモデル（冷たい暗黒物質モデル）において、暗黒物質ハロは銀河の形成と進化における最も基礎的な構造として位置づけられている。我々の住む天の川銀河を含むほぼすべての銀河は、それ自身の可視光成分（恒星や星間ガス）をはるかに上回る質量と広がりを持つ暗黒物質ハロの中に埋もれていると考えられている。
概要と構造 可視光で観測できる銀河の円盤部（銀河面）やバルジのさらに外側には、球状あるいは楕円体状に広がる巨大な質量分布が存在する。暗黒物質は電磁相互作用をしないため、光（電磁波）を放射したり吸収したりすることはないが、その巨大な重力によって通常の物質（バリオン）を引き寄せ、銀河の形状や星の運動を維持する骨組みの役割を果たしている。
天の川銀河の場合、可視光で観測できる円盤の直径は約10万光年であるが、暗黒物質ハロの広がりはその数倍から10倍以上（半径数十万光年）に達し、質量は天の川銀河全体の質量の約90%以上を占めると推定されている。
密度プロファイル（NFWプロファイル） 暗黒物質ハロの内部における質量密度の分布（密度プロファイル）は、宇宙論的N体シミュレーションの発展によって詳細に研究されてきた。その中で最も標準的なモデルとされているのが、1996年にフリオ・ナバロ、カルロス・フレンク、サイモン・ホワイトらによって提唱された「NFWプロファイル（Navarro-Frenk-White profile）」である。
NFWプロファイルでは、ハロの中心からの距離 における暗黒物質の密度 は次のように記述される。
ここで、 は中心密度のスケール、 は密度分布の勾配が変化するスケール半径（scale radius）である。この式は、中心部（）では密度が に比例して急激に上昇（カスプ）し、外縁部（）では に比例して減少することを示している。
観測的証拠 暗黒物質ハロの存在は直接見ることはできないが、以下のようないくつかの間接的な観測結果によって強く支持されている。
銀河の回転曲線問題: 1970年代にヴェラ・ルービンらが渦巻銀河の回転速度を観測した結果、銀河の外縁部でも星やガスの回転速度が低下せず、ほぼ一定であることが判明した（平坦な回転曲線）。ケプラーの法則に従えば、質量が中心に集中している場合は外側ほど回転速度は遅くなるはずであり、この矛盾は銀河の外周部に巨大な「見えない質量（暗黒物質ハロ）」が存在すると仮定することで解決された。 重力レンズ効果: 背景にある遠方の銀河から発せられた光が、手前にある銀河団サイズの暗黒物質ハロの巨大な重力によって曲げられる現象（重力レンズ）。この光の歪みを解析することで、光を放たない暗黒物質の質量と空間分布を直接マッピングすることが可能となっている。 銀河団のX線放射: 銀河団内部には数千万度の超高温のガス（銀河団ガス）が充満しており、強力なX線を放射している。この高温ガスが宇宙空間に散逸せずに銀河団内部に留まり続けるためには、可視光で観測される銀河の合計質量の数十倍から数百倍もの巨大な重力（暗黒物質ハロ）が必要となる。
形成史（階層的構造形成） Λ-CDMモデルに基づく宇宙論では、暗黒物質ハロは「階層的構造形成（Hierarchical clustering）」と呼ばれるプロセスを経て成長してきたとされる。
宇宙の初期に存在した微小な密度の揺らぎ（量子揺らぎに起因）が重力によって成長し、まず質量の小さな暗黒物質の塊（ミニハロ）が形成された。これらが互いに衝突と合体（銀河合体）を繰り返すことで、徐々に巨大な暗黒物質ハロへと成長していった。この暗黒物質の重力の井戸（ポテンシャル）の底に、後から通常のガス（バリオン）が引き込まれて冷却され、星形成が起こることで、現在見られるような銀河が誕生したと考えられている。
現代宇宙論における課題 暗黒物質ハロの概念は大規模構造をうまく説明する一方で、近傍の矮小銀河などの「小規模構造」のスケールにおいては、シミュレーションの予測と実際の観測結果との間にいくつかの食い違い（小規模構造問題）が指摘されている。
コア・カスプ問題: NFWプロファイルはハロの中心に向かって密度が無限大に発散する「カスプ（尖点）」を予測するが、実際の矮小銀河の観測では、中心の密度が平坦な「コア」を持っているように見える例が多い。 ミッシング・サテライト問題: シミュレーションでは、天の川銀河サイズのメインハロの周囲には、無数の小さな「サブハロ（伴銀河の種）」が存在するはずであると予測されるが、実際に観測されている衛星銀河の数はシミュレーションの予測に比べて極端に少ない。
これらの問題は、暗黒物質の性質そのもの（自己相互作用暗黒物質や温かい暗黒物質の可能性）を見直す動機付けとなっているほか、超新星爆発によるガスの吹き飛ばし（バリオンフィードバック）といった天体物理学的なプロセスの解明によって解決が試みられている。
関連項目 暗黒物質（ダークマター） 銀河系ハロ 銀河の回転曲線問題 NFWプロファイル 宇宙の大規模構造 重力レンズ Λ-CDMモデル 階層的構造形成
参考文献