近くの銀河や銀河団の中心部から放出される特定の波長の X 線は、宇宙で崩壊する暗黒物質の粒子の兆候である可能性があると、天文学者の 2 つの独立したチームが報告しています。その解釈が正しければ、暗黒物質は、電子の約 100 分の 1 の重さのステライル ニュートリノと呼ばれる奇妙な粒子で構成されている可能性があります。しかし、他のいくつかの研究は懐疑的です.
何十年もの間、天文学者や天体物理学者は、個々の銀河がバラバラにならないようにする重力を提供するのは、ある種の神秘的な暗黒物質に違いないと考えてきました。実際、宇宙論の現在の標準モデルは、典型的な銀河が暗黒物質の巨大な塊、つまりハローの中で形成されることを示しています。しかし、科学者たちは重力を感知する以外の方法で暗黒物質を検出したことがないため、暗黒物質が何であるかを知りません.
現在、2 つのチームが、暗黒物質粒子が別の方法で、非常にゆっくりと通常の光子に崩壊するという兆候を示している可能性を報告しています。どちらのグループも、最も成功した宇宙天文台の 1 つである欧州宇宙機関の X 線マルチミラー ミッション (XMM-Newton) からのデータに依存していました。このミッションは 1999 年 12 月に打ち上げられ、現在もデータを取得しています。マサチューセッツ州ケンブリッジにあるハーバード・スミソニアン天体物理学センターの天体物理学者である Esra Bulbul らは、ペルセウス座銀河団を含む 73 個の銀河団から放射される特定のエネルギー (3.5 キロ電子ボルト (keV)) の X 線を発見しました。ハーバードのグループは、1999 年 7 月に NASA によって打ち上げられた NASA の周回チャンドラ X 線天文台からのデータも使用し、The Astrophysical Journal に提出された論文で報告しています。 .
オランダのライデン大学ライデン天文台の理論物理学者であるアレクセイ・ボヤルスキーと同僚たちは、独自に研究し、論文で報告しているように、アンドロメダ銀河とペルセウス銀河団に注目しました。 フィジカル レビュー レターに提出 .
そのエネルギーのX線は、原子の通常の励起から発生する可能性のある既知のX線「線」に対応していないと研究者は述べています。 「熱プラズマに由来するものとは一致しませんでした」と、メリーランド州グリーンベルトにある NASA ゴダード宇宙飛行センターの Maxim Markevitch 氏は言います。
これらの原因不明の X 線は、暗黒物質の粒子から発生している可能性があります。 1990 年代、一部の理論家は、暗黒物質はある種の「無菌ニュートリノ」で構成されている可能性があると推測しました。これは、通常の粒子の衝突で生成される 3 種類のニュートリノに似た粒子です。 (無菌ニュートリノは、通常のニュートリノが無菌ニュートリノに変形する場合にのみ、そのように生成することができないため、無菌になります。) 理論家によると、この無菌ニュートリノは keV 範囲の質量を持ち、x に崩壊します。 keV 範囲の -ray 光子と通常のニュートリノ。そのため、検出された X 線は、重さ約 7 keV の無菌ニュートリノから発せられなければなりません。研究者は以前に銀河からの放射線を探していましたが、「その検出が可能になったのは、XMM が十分な露出時間を蓄積したからです」と Boyarsky は説明します。
両方のグループが調べたオブジェクトの 1 つは、ペルセウス クラスターです。ライデンのグループは外側に焦点を当て、ハーバードのグループは中央に焦点を当てました。結果が一致したという事実は心強いものでした。 「無菌ニュートリノの崩壊率は一貫しており、これは驚くべき発見でした。なぜなら…私たちは完全に異なるデータセットを使用していたからです」とマーケビッチは言います。しかし、どちらの研究グループも、彼らが見たものが暗黒物質の片鱗であると結論付けるのは時期尚早だと強調している.注意が必要な理由の 1 つは、XMM 検出器とチャンドラ検出器のエネルギー分解能が低いことです。これらは、デジタル カメラのような電荷結合デバイス (CCD) です。 「この線は非常にかすかで、この解像度では線が非常に広がり、連続体の上で 1% の隆起のように見えるからです」と Markevitch は言います。 「他の衛星からの確認を待つ必要があります」と彼は言います.
この研究には関わっていない、カリフォルニア大学アーバイン校の天体物理学者である Kevork Abazajian は、この結果が重要であると述べています。 「私はそれが『決定的な証拠』だと思いますが、確認する必要があります。現時点では、天体物理学的プロセスでは説明できません」とアバザジアンは言います。
しかし、誰もがそれほど楽観的ではありません。 「この信号は、暗黒物質のようなエキゾチックな物理学によるものなのか、それとも天体物理源のような従来の物理学によるものなのか? それを判断するには時期尚早だ」と、コロンバスにあるオハイオ州立大学の天体物理学者、ジョン・ビーコムは言う。 Beacom はまた、多くの理論家が暗黒物質がはるかに重く弱く相互作用する大質量粒子 (WIMP) で構成されるスキームを支持していることにも言及しています。 WIMP の証拠が見つかれば、keV スケールの無菌ニュートリノの証拠が弱まるだろう、と彼は言う。
最終的に、結果は新しい衛星によってテストされるかもしれません。宇宙航空研究開発機構のプロジェクトである Astro-H ミッションには、CCD の 20 倍のエネルギー分解能を持つ熱量計が搭載されます。その優れた解像度により、暗黒物質の信号から天体物理学の情報源を見分けることができるはずだと、ボヤルスキーは言います。 Astro-H は 2015 年に打ち上げられるはずです。
