ダークマターにはさらに暗い秘密が隠されている可能性がある

望遠鏡で画像化することは不可能であり、完全には理解されていないにもかかわらず、暗黒物質はいたるところに存在します。

暗黒物質の最も深い謎は、その性質と挙動に関係しています。 暗黒物質に関する一般的な考え方は冷たい暗黒物質 (CDM) 理論です。この理論では、暗黒物質は相互作用しない低速粒子で構成されていると想定されています。 この考え方についてはすでに議論されており、再び議論の余地があります。 天体物理学者ハイ・ボー・ユー率いるカリフォルニア大学リバーサイド校の研究チームは、冷たい暗黒物質がうまく機能しない極限状態を説明する別のアイデアを考案した。

銀河や銀河団は暗黒物質の光輪に囲まれていると考えられています。 議論の一方の端には、密度が高すぎて CDM と互換性がない銀河暗黒物質ハローがあり、もう一方の端には、拡散しすぎて CDM が理解できない銀河暗黒物質ハローがあります。 ユウと彼の同僚は代わりに、闇の勢力の存在を示唆しています（スター・ウォーズファンの皆様、ごめんなさい、いいえ） の 力）は暗黒物質の粒子を互いに衝突させます。 これは自己相互作用する暗黒物質 (SIDM) です。

目に見えない粒子が相互作用し、拡散したコロナの中で互いに遠ざけて外側に押し出すか、密集したコロナの中で互いに接近して内側に向かうというアイデアは、私たちが暗闇の中で探し求めてきたものかもしれません。 まず最初に、なぜ暗黒物質は冷たいと圧倒的に考えられているのでしょうか?

暗闇の中で迷った

暗黒物質が「暗い」のは、可視物質や電磁放射との相互作用が弱いか、存在しないためです。 いかなる種類の電磁放射とも重大な相互作用を行うことができないため、光はそれを照らすことができません。 少なくとも冷たい暗黒物質理論によれば、暗黒物質が「冷たい」と表現される理由は、低速粒子が光の速度よりもはるかに遅く移動すると考えられているためです。

CDM は銀河などの宇宙構造の構築と維持に役立つため、依然として暗黒物質の標準モデルです。 暗黒物質が冷たい場合、宇宙の真空中を移動する場合よりも容易に収集および凝集する可能性があります。これは、すべての暗黒物質が「熱い」場合、または高速で移動する軽い粒子で構成されている場合に当てはまります。 高温の暗黒物質粒子は、長時間にわたって構造を形成するには速すぎるため、衝突した既存の構造を平らにしてしまう可能性があります。 暖かい暗黒物質は、冷たいものと熱いものの間のどこかに位置します。

実際に暗黒物質が何種類存在するかは不明です。 すべての暗黒物質は冷たいと主張する科学者もいますが、複数の種類があると主張する科学者もいます。

CDMは、この目に見えない物質が完全に動かないとは言っていないが、多くの暗黒物質粒子が衝突することは許さない。 ここでSIDMが登場します。

もっと光を当てて

熱い暗黒物質と暖かい暗黒物質は研究の範囲外であったが、Yu氏と彼のチームは、SIDMが実際には機能しない冷たい暗黒物質の1つの側面を説明できるかどうかをテストした。それは、非常に高密度で非常に拡散した暗黒物質のハローを説明するのに苦労しているということである。

“の中に [diffuse scenario]相互作用によって外側のコロナ領域から内側のコロナ領域に熱が伝わり、中心密度が減少します。 の中に [dense scenario]「熱流の方向が逆転し、内部コロナはCDM対応のものよりも密度が高くなる」と研究者らは声明で述べた。 スタディ それは最近、The Astrophysical Journal Letters に掲載されました。

超拡散銀河 UDG は、星が互いに遠く離れて散在しているため、特に暗い矮銀河です。 星形成ガスは薄く広がりすぎて、新しい星がたくさん生成されません。 超拡散銀河の暗黒物質ハローは、通常の矮小銀河の暗黒物質ハローよりもはるかに遠くまで届きますが、CDM が提案する非衝突粒子ではこのようなことは起こらないはずです。相互作用しない粒子は互いに接近し、より高密度の粒子を生成します。射程が短いハロー。 SIDM により、粒子が衝突して熱が伝達され、その結果生じる暗黒物質の膨張が、なぜこれらのハローが非常に一般的であるかを説明できる可能性があります。

2 番目のシナリオは、重力レンズに影響を与えるほど密度が高い暗黒物質ハローを扱います。 これらの高密度のハローには、時空を曲げるのに十分な暗黒物質が含まれているため、その空間領域を通過する光も曲げられます。 これらの擾乱により、レンズ状銀河の背後にある天体は拡大されますが、しばしば多少歪んだ形になります。 衝突する粒子は外側だけでなく内側にも向く必要があるため、SIDM は重力レンズに影響を与えるのに十分な暗黒物質濃度もサポートします。 粒子が互いに衝突するとコロナの密度が高まり、その群れが重力レンズを引き起こす暗黒物質の巨大な泡を形成する可能性があります。

暗黒物質については、多くの点でまだ謎の中にいます。 それらを直接検出する方法ができるまでは、SIDM のようなアイデアが役立つかどうかを理論的な研究に頼る必要があります。 おそらくいつか、暗黒物質の秘密をついに解明する直接検出法が開発されるでしょう。

天体物理学ジャーナルレター、2023。デジタル ID: 10.3847/2041-8213/ad0e09