1932 年、オランダの天文学者ヤン オールトは、天の川の星々を集計し、不足していることを発見しました。星が銀河面を一周するとき、回転木馬に乗った馬のように星が上下に揺れることから判断すると、オールトは、彼が見ることができる重力の 2 倍の物質が星を重力で推進するはずであると計算しました。彼は、その違いを補う隠れた「暗黒物質」の存在を仮定し、星の運動を説明するにはそれが円盤に集中しているに違いないと推測しました。
しかし、暗黒物質 (宇宙の質量の 6 分の 5 を構成する目に見えない正体不明のもの) の発見の功績は、通常、1933 年に銀河の相対運動から暗黒物質の存在を推測したスイス系アメリカ人の天文学者フリッツ ツヴィッキーの功績によるものです。オールトは彼は誤った手がかりを追跡していたという理由で見送った。 2000 年までに更新された、天の川銀河のオールト式の目録は、その「失われた」質量が暗い星、ガス、塵で構成されており、暗い円盤は必要ないことを決定しました。 80 年にわたるヒントは、それが何であれ、暗黒物質が銀河の周りに「ハロー」と呼ばれる球状の雲を形成することを示唆しています。
または、ほとんどの暗黒物質ハンターはそれを持っています。人気はなくなりましたが、ダーク ディスクのアイデアが完全になくなることはありませんでした。そして最近、ハーバード大学の物理学教授であるリサ・ランドールという著名なチャンピオンを見つけました。彼は円盤を科学的忘却から救い出し、銀河の舞台で積極的な役割を与えました.
2013 年にこのモデルを提案して以来、Randall と共同研究者は、暗い円盤が銀河の中心から来るガンマ線、アンドロメダ銀河と天の川を周回する矮小銀河の平面分布、さらには彗星の衝突とランドールの 2015 年のポピュラー サイエンスの本 Dark Matter and the Dinosaurs で論じられている、地球上の大量絶滅 .
しかし、天の川銀河の目録を作成している天体物理学者は、銀河系の総質量とその星の上下運動が一致しすぎて、暗黒円盤の余地を残すことができないと主張して抗議しています。トロント大学の天体物理学者であるジョー・ボビーは、「リサ・ランドールが主張するよりも強い制約を受けています」と述べています。
現在、基礎物理学の最大の問題のいくつかについて影響力のあるアイデアを考案したランドールは反撃しています。 The Astrophysical Journalに掲載が認められた、先週オンラインに投稿された論文 、ランドールと彼女の学生であるエリック・クレイマーは、天の川の分析に円盤状の抜け穴があることを報告しています。「これまで見過ごされてきた重要な詳細があります」と彼らは書いています。 「ディスクは実際にそれ自体のスペースを作ることができます。」
ランドールとクレイマーは、銀河の「ミッドプレーン」を通過する薄い暗い円盤がある場合、重力によって他の物質を内側に挟み込み、その結果、ミッドプレーンでの星、ガス、塵の密度が上や下よりも高くなると主張しています。研究者は通常、中央面の密度から外側に外挿することによって、天の川の可視質量の合計を推定します。ピンチ効果がある場合、この外挿は目に見える質量の過大評価につながり、質量が星の動きと一致しているかのように見えます。 「それが、これらの以前の研究の多くがダークディスクの証拠を見なかった理由です」とクレイマーは言いました.彼と Randall は、薄い暗い円盤が存在する可能性があることを発見しました — そして、分析をやり直す 1 つの方法では、暗い円盤がない場合よりもわずかに有利です.
オーストラリアのメルボルンにあるスウィンバーン工科大学の Chris Flynn 氏は、「Lisa の研究により、事件が再開されました」と述べています。 .
ボビーは同意しません。ピンチ効果を考慮に入れても、暗黒物質の総量の多くても 2% が暗黒円盤に存在し、残りはハローを形成しなければならないと彼は見積もっています。 「ほとんどの人は、暗黒物質の 2% が何であるかではなく、98% が何であるかを理解したいと思っていると思います」と彼は言いました。
議論とダークディスクの運命は、おそらくすぐに決定されるでしょう.欧州宇宙機関のガイア衛星は現在、10 億個の星の位置と速度を調査しており、天の川の最終的な目録は早ければ来年の夏にも完成する可能性があります。
どんな大きさの暗黒円盤も発見されれば、非常に多くのことが明らかになるでしょう。暗黒物質が存在するとすれば、暗黒物質は研究者が長い間考えていたよりもはるかに複雑です。物質は、エネルギーを放出できる場合にのみ円盤状に落ち着きます。十分なエネルギーを放出する最も簡単な方法は、原子を形成することです。暗黒原子の存在は、暗黒光子によって伝達される暗黒力を介して互いに相互作用し、可視陽子および電子と同様のスタイルで荷電された暗黒陽子および暗電子を意味します。暗黒物質の 98% が不活性でハローを形成しているとしても、薄い暗黒円盤の存在は、おそらく目に見える宇宙と同じくらい多様な未知の粒子の豊富な「暗黒セクター」を意味します。通常の物質はかなり複雑です。原子の中で役割を果たすものと、そうでないものがあります」と、カリフォルニア大学アーバイン校の天体物理学者ジェームズ・ブロックは述べています。 「したがって、[宇宙の物質の] 残りの 6 分の 5 はかなり複雑であり、束縛された原子に巻き込まれるダーク セクターの一部があると想像するのはおかしなことではありません。」
暗黒物質が複雑である可能性があるという考えは、受動的で鈍い「弱く相互作用する巨大な粒子」としての暗黒物質の長期にわたるプロファイルとゲル化しない天体物理学的異常に助けられて、近年注目を集めています。これらの異常に加えて、世界中の徹底的な実験的検索で「WIMP」が表示されなかったことが、WIMP パラダイムを弱体化させ、暗黒の獣の性質が存在する新しい自由な時代の到来を告げました。
この分野は、2008 年頃に PAMELA と呼ばれる実験が宇宙から来る電子よりも過剰な陽電子を検出したときに始まりました。この非対称性は、「非対称暗黒物質」への関心を煽りました。当時、WIMP以外のアイデアはほとんどありませんでした。 「私のようなモデル作成者は、暗黒物質がこの方向で非常に未発達であることに気付いた」と、現在カリフォルニア州のローレンス・バークレー国立研究所のズレックは述べた。 「だから私たちは飛び込みました。」
もう一つの引き金は、矮小銀河の密度です。研究者がその形成をシミュレートしようとすると、研究者が暗黒物質粒子が暗黒の力を介して互いに相互作用すると仮定しない限り、通常、矮小銀河はその中心で密度が高すぎることが判明します。ただし、インタラクティブ性を追加しすぎると、初期宇宙における構造形成のシミュレーションが台無しになります。 「私たちがやろうとしているのは、何が許可されているかを把握することです」と、そのようなシミュレーションを構築するブロックは述べています。ほとんどのモデラーは、暗黒物質のハロー形状に影響を与えない弱い相互作用を追加します。しかし、「驚くべきことに、円盤を可能にする暗黒物質のクラスが存在する」とブロック氏は述べた。その場合、暗黒物質粒子のごく一部のみが相互作用しますが、エネルギーを散逸させるのに十分なほど強く作用し、ディスクを形成します。
Randall と彼女の共同研究者である JiJi Fan、Andrey Katz、Matthew Reece は、2013 年にオールトと同じ道をたどってこの考えにたどり着きました。 「フェルミ線」として知られる、銀河の中心から来る特定の周波数のガンマ線の過剰でした。 「通常の暗黒物質は、フェルミ線を生成するのに十分なほど消滅しないだろう」とランドールは言った。ダークディスクが生まれ変わりました。フェルミ線はデータが蓄積されるにつれて消えていきましたが、円盤のアイデアはとにかく探求する価値があるように思えました。 2014 年、Randall と Reece は、円盤が、エスカレートした流星と彗星の活動の間の 3000 万から 3500 万年間隔の可能性を説明している可能性があるという仮説を立てました。彼らは、太陽系が天の川カルーセルの暗い円盤を上下に揺れ動くたびに、円盤の重力効果がオールト雲 (太陽系の郊外にあるヤン オールトにちなんで名付けられたスクラップヤード) 内の岩石や彗星を不安定にする可能性があると主張しました。これらの天体は、太陽系内部に向かって突進し、地球に衝突するものもあります。
しかし、ランドールと彼女のチームは、星の動きから判断して、天の川銀河の質量収支内に暗黒円盤の余地がどれだけあるかについて、おおまかな分析をしただけであり、間違っていました。 「彼らはある種の法外な主張をしました」とボビーは言いました。
（リースによると）「彼女の粘り強さ」で際立っているランドールは、ガイアのデータが利用可能になる前に、批評家に対処し、分析の「すべての問題を解決する」ことを求めて、クレイマーを訴訟に入れました.彼女とクレイマーの新しい分析は、ダークディスクが存在する場合、彼女のチームが最初に可能だと考えたほどの密度にはなり得ないことを示しています.しかし、そのピンチ効果と、これまでに監視された天の川の星の正味のドリフトによって引き起こされる追加の不確実性の両方のために、薄い暗い円盤にはまだ小刻みに動く余地があります.
The Astrophysical Journal で取り上げられた新しい問題があります。 カリフォルニア大学バークレー校の Chris McKee と共同研究者によるものです。マッキーは、薄い暗い円盤が天の川銀河の質量収支にまだ詰め込まれている可能性があることを認めています。しかし、ディスクは非常に薄いため、崩壊する可能性があります。 1960 年代と 70 年代の研究を引用して、McKee と同僚は、銀河系の目に見えるガスの円盤よりも、破片がなければ円盤を大幅に薄くすることはできないと主張しています。 「彼らが考えている暗黒物質には、通常の物質とは異なる性質があり、これが起こらないようにしている可能性がありますが、それが何であるかはわかりません」とマッキーは言いました.
Randall は、この最新の攻撃をまだ受け流しておらず、「現在検討中」の「トリッキーな問題」と呼んでいます。彼女はまた、Bovy が提起した点、すなわち暗黒原子の円盤は、暗黒物質の 98% の性質とは無関係であるという点にも取り組んでいます。彼女は現在、すべての暗黒物質が同じ暗黒力の下で荷電されている可能性を調査していますが、暗黒陽子が暗黒電子よりも過剰であるため、原子に結合して円盤に巻き込まれるのはごくわずかです。その場合、ディスクとハローは同じ成分で作られ、「より経済的です」と彼女は言いました. 「それは除外されると思っていましたが、そうではありませんでした。」
暗い円盤は今のところ生き残っています — 宇宙の暗黒面について知られていないすべての象徴です. 「あらゆる種類のさまざまなアイデアについて考えている人々がいることは、この分野にとって非常に健全なことだと思います」とブロックは言いました。 「なぜなら、暗黒物質が何であるかを私たちが知らないというのはまったくの真実であり、それについて心を開いておく必要があるからです。」
