許可を得て転載 Quanta Magazine の Abstractions ブログ。
銀河の中心は、地図が町だけを示す夜の大都市の輝きのように、あまりにも明るく輝いています.宇宙の地図作成を修正するために、天体物理学者は何年もかけて、この過剰なエネルギー光の原動力となっている可能性があることを議論してきました。 2015 年には、薄暗い中性子星の多数の集団が原因であるという、幾分平凡な説明を支持して、議論が決定的に変化したように見えました。しかし、今月初めに科学プレプリント サイト arxiv.org に投稿されたその研究の新しい調査では、これらの分析に欠陥がある可能性が明らかになりました。マサチューセッツ工科大学の理論物理学者で論文の共著者である Rebecca Leane 氏は、次のように述べています。
この新しい研究は、3 月に発表された他の 2 つの研究とともに、宇宙に存在すると考えられているとらえどころのない「暗黒物質」の最初の直接的な証拠を宇宙ベースの機器が発見した可能性を再び明らかにしています。
この問題が最初に現れたのは 2009 年で、シカゴ大学の天体物理学者であるダン フーパーと、当時ニューヨーク大学の大学院生であったリサ グッドイナフが、NASA のフェルミ ガンマ線宇宙望遠鏡が、ガンマ線として知られるエネルギー光子
彼は、異常は銀河の中心にある暗黒物質粒子の理論的なごちゃごちゃした群れに由来する可能性があると示唆しました。暗黒物質は既知の粒子と光ったり、友愛したりすることはありませんが、適切な種類の衝突では、これらの粒子はおなじみの物質と反物質のシャワーで消滅し、ガンマ線のパフで消えます.これらの分枝の測定は、本質的に重力だけではない暗黒物質の最初の証拠となるでしょう.
しかし、過剰なガンマ線を生成しているのは暗黒物質だけではありませんでした。それらは、ミリ秒パルサーとして知られる宇宙の灯台から輝く可能性があります。ミリ秒パルサーは、毎秒千回転する磁気的に荷電された中性子星です。暗すぎて個別に特定できない未発見のパルサーのグループが、銀河の中心に余分なガンマ線を浴びせている可能性があります。
最終的に、2015 年に発表された 2 つの研究はありふれたものに傾いていました。フェルミ データは粗く見えました。複数のミリ秒パルサーを示唆する明るいピクセルと、パルサーがないことを示唆する暗いピクセルがありました。暗黒物質が原因である場合、すべてのピクセルがより均等に着色されているはずです。暗黒物質の解釈は死にかけているように見えました.
Leane と、MIT の理論物理学者であり、2015 年のパルサー研究の共著者である Tracy Slatyer は、暗黒物質の選択肢に息を吹き込みました。
まず、2 人は天の川銀河のデジタル表現を作成しました。彼らは、星、ガス、塵、既知のパルサーなど、既知の成分を追加しました。次に、彼らは仮説上の成分を含めました。暗黒物質のかなりの助けだけでなく、最初のモックアップでは説明されなかったいくつかの追加の小さなパルサーも含まれていました。彼らは、2015年と同じ方法を使用してこの偽の天の川を研究し、暗黒物質を見つけることができるかどうかを確認しました.最終的に彼らは、予想外のパルサーが分析を台無しにしたことを知り、暗黒物質で満たされたこの銀河には暗黒物質がほとんどないという誤った結論に至りました。
デジタル天の川は、驚くべき追加が結果をどのように変えるかの概念実証として役立ちましたが、同様の何かが実際の銀河に影響を与えている可能性があるかどうかを確認するために、Leane と Slatyer は実際のフェルミ データに模擬暗黒物質データを追加しました。しかし、繰り返しになりますが、彼らのデータ分析では、追加された暗黒物質が正しく識別されていないことがわかりました。代わりに、粒状のパルサーのようなポイントに過大なクレジットを与えました.そして、追加された暗黒物質が増えるほど、モデルはその暗黒物質をパルサーと間違えました。この技術は、観測されたガンマ線の輝きを 5 回以上説明するのに十分な量を研究者が注入するまで、偽の暗黒物質を嗅ぎ分けることができませんでした。
彼らの結論：以前の分析では、暗黒物質が存在するかどうかに関係なく、暗黒物質を見つけることはできませんでした。 「この段階では、ガンマ線に関する私たちの理解が欠けています」と Leane 氏は言います。 「暗黒物質の信号が本当にあったとしても、それを隠すことは可能です。」
ドイツのアーヘン大学の天体物理学者で、銀河の他の部分で同じ技術を使用して研究を行ってきた Alessandro Cuoco は、パルサーの判定が時期尚早である可能性があると聞いても驚かない。この方法は、ガンマ線がどこから来るべきかを正確に推定することに依存しており、もしあなたがオフであれば、トランプの家全体が崩れ落ちます. 「これは非常にデリケートな分析です。非常に小さな詳細を考慮に入れる必要があります」と彼は言いました。
研究者は、この結果には暗黒物質の新しい証拠は含まれていないと強調しています。むしろ、銀河のガンマ線の輝きについての競合する説明を弱めます。ストックホルム大学の物理学者 Martin Winkler は次のように述べています。
さらに、3 月に公開された 2 つのプレプリント（1 つは Cuoco による共著、もう 1 つは Hooper による共著）は、暗黒物質仮説を補完するものです。どちらも、国際宇宙ステーションのアルファ磁気分光計（AMS）実験からの最近のデータを分析しました。新しい研究は、AMS 実験が予想よりも高いレベルの反陽子を検出したと結論付けました。これは暗黒物質衝突のもう 1 つの残骸である可能性があります。
さらに、AMS データを生成するために必要な種類の暗黒物質粒子は、銀河の中心で観測されたガンマ線の輝きを生成するために必要な種類の暗黒物質粒子とほぼ同じです。この重複により、一部の天体物理学者は、2 対 1 の説明を見ている可能性があると信じるようになりました。
しかし、AMS のデータは決定的なものにはほど遠い.宇宙には反陽子を作るさまざまな方法があり、地球にやってくる反陽子のほとんどは、ガス雲に衝突する単調な宇宙線からのものであり、分析を行うには、既知のすべての発生源を正確に説明する必要があります。秘訣は、AMS のわずかな増加が暗黒物質の存在を意味するのか、それとも単なる丸め誤差なのかを見極めることだと、オハイオ州立大学の天体物理学者で、最近の論文の 2 番目の共著者であるティム リンデン氏は述べています。彼のグループは、宇宙線がどのように移動するか、どのように陽子が超新星に閉じ込められるか、太陽風がどれだけ強く吹くかを正確に計算した場合にのみ、暗黒物質の解釈に対する中程度の支持を見つけました.数学はおそらく正しいとリンデンは言ったが、悪魔は仮定の中にある. /P>
Cuoco、Linden、および Winkler は、AMS 装置の詳細と粒子加速器からの精密陽子測定がモデルの改良に役立つと述べています。ただし、暗黒物質のより明確なポイントは、AMS または別の高高度実験により、宇宙線がめったに生成しない、より重く、のろのろする反物質粒子が見つかった場合です。 「それは決定的な証拠です」とウィンクラーは言いました。
専門家は、これらの情報があれば、現在のモデリング戦争は数年のうちに落ち着く可能性があると楽観視しています。そして今、ガンマ線の輝きがテーブルに戻ってきたので、暗黒物質への希望は幾分明るく見えます. 「銀河中心の超過がゲームに戻ってきた場合、暗黒物質の最初の信号が見られる可能性があります」とリーンは反陽子測定について述べました。
チャーリー・ウッドは、地球の内外での物理科学の発展を取材するジャーナリストです。彼の作品は に掲載されています サイエンティフィック アメリカン、 クリスチャン サイエンス モニターおよび LiveScience などの出版物があります。以前は、モザンビークと日本で物理学と英語を教え、ブラウン大学で物理学の学士号を取得しています。
