何十年もの間、天体物理学者は、ある種の神秘的な暗黒物質が、銀河を結び付ける重力のほとんどを提供しているに違いないと考えてきました。ほぼ同じくらい長い間、科学者たちは通常の物質と相互作用している物質を別の方法で見つけようとしてきました。たとえば、原子核から跳ね返る物質の粒子を探すことです。現在、天文学者のチームは、暗黒物質が相互作用している可能性のある兆候を報告していますが、通常の物質ではなく、それ自体と相互作用しています。もしそれが続くなら、その解釈は天体物理学と宇宙論の大幅な再考を必要とするだろう.しかし、より平凡な説明が可能であると警告する人もいます。
「私たちは腰を下ろして、[観測] を説明できる他のものを考えようとしました」と、イギリスのダラム大学の天文学者であり、新しい論文の筆頭著者である Richard Massey は言います。 「まだ何も思い付いていません。」
これまでのところ、天体物理学と宇宙論のすべてのデータは、暗黒物質が重力によってのみ相互作用していることを示唆しています。ビッグバンの残光 (いわゆる宇宙マイクロ波背景放射) の研究では、暗黒物質が宇宙の全物質の 82% を占めていることが示されています。惑星。大規模なコンピューター シミュレーションは、宇宙が進化するにつれて、暗黒物質がより大きな塊に集まったことを示しています。塊または「ハロー」の重力が通常の物質を引き込み、その中に銀河を形成します。
これらのシミュレーションは、暗黒物質が重力以外の力を介して相互作用することはないと仮定しています。対照的に、通常の物質は、原子内の電子を結合して光を生成する電磁力など、他の力を介して相互作用します。その結果、高温のガスが圧力を加え、2 つの銀河団が衝突したときにガスを吹き飛ばすことができます。天文学者はこの違いを利用して、銀河の衝突で暗黒物質の存在を実証してきました。このような衝突では、ガスは最終的に暗黒物質から分離されます。暗黒物質は、その重力がより遠い銀河の画像をゆがめる方法によって追跡できます。
近年、一部の理論家は、暗黒物質もそれ自体と相互作用する可能性があると示唆しています。このような自己相互作用する暗黒物質は、シミュレーションの特定の厄介な点を滑らかにするのに役立つ可能性があります。たとえば、小さな銀河や、密度が中心で急激にピークに達する銀河を多数生成する傾向などがあります。これは、いわゆるコアカスプ問題です。
現在、Massey と他の 21 人は、そのような自己相互作用の可能性のある直接的な証拠を報告しています。 NASA の軌道周回ハッブル宇宙望遠鏡とヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡 (チリのセロ パラナルにある 4 つの 8.2 メートルの望遠鏡のバッテリー) を使用して、約 13 億光年離れたアベル 3827 として知られる銀河団を調査しました。そのコアには 4 つの古い楕円銀河が含まれており、天の川のようなはるかに遠い渦巻銀河と空に並んでいます。その重力のおかげで、この星団はレンズのように機能し、遠方の銀河の画像をゆがめるだけでなく、4 つの異なる楽しい家の画像を星団の周りに表示します。
これらの画像を比較し、コンピュータの助けを借りてスクランブルを解くことにより、Massey と同僚は、Royal Astronomical Society の月例通知で今日オンラインで説明しているように、クラスター内の質量をマッピングすることができました。 .そして、ここで驚きが生まれました。銀河団内の銀河の 1 つのダークマター ハローは、銀河自体の星から分離されているように見えます。そのオフセットは、暗黒物質がそれ自体と相互作用している可能性があるというヒントです、と Massey は言います。
これは、銀河が衝突または相互作用するとき、ガスとは対照的に、星も重力を介してのみ相互作用する必要があるためです。星間の距離は非常に広大であるため、衝突することはありません.しかし、その後、星とその暗黒物質のハローは同じ軌跡をたどり、団結したままになるはずです.したがって、暗黒物質が恒星から分離されてしまうという事実は、暗黒物質が何らかの方法でそれ自体と相互作用していることを示唆しています。 「強く受け止められるのは、暗黒物質がかつて取り囲んでいた銀河とは異なることをしているという効果が見られるということです」と彼は言います。
カリフォルニア大学デービス校の天文学者であるマルシャ・ブラダッチは、「測定されたオフセットを信じることができる可能性があります」と述べています。 「しかし、これが暗黒物質の自己相互作用によるものなのか、それとも何らかの [通常の物質] の効果なのか、私が考えることができるものはたくさんありますが、それを言うのは時期尚早だと思います。」たとえば、ブラダチ氏によると、4 つの銀河自体の激しい相互作用が暗黒物質のハローから分離された星の形成を引き起こします。そのような可能性をテストするために、研究者はクラスターの詳細な進化をモデル化する必要があると彼女は言います。 Massey 氏によると、彼のチームはすでにそれに取り組んでいます。
観測が暗黒物質がそれ自体と相互作用するという証拠であるとしても、その相互作用は、コアカスプ問題を説明するのに必要な強度の約 1/1000 であるように見えます。実際、2 週間前に Massey と同僚が Science に掲載しました。 そのような自己相互作用の強さを制限した銀河団の衝突の研究。 「以前の研究では、[相互作用の強さ] が低いことが示されました」と Massey 氏は説明します。新しい結果は、「本当に、本当に低いが、ゼロではない」ことを示唆しています。
