何年もの間、宇宙からの高エネルギー放射線は、暗黒物質の決定的でないヒントで科学者を悩ませてきました.しかし、決定的な答えが手元にあるかもしれません。物理学者のチームは、特定の銀河の X 線が暗黒物質の崩壊の兆候である可能性があり、今後の衛星ミッションで彼らの主張が証明または反証されるはずであると述べています.
暗黒物質は宇宙の物質の約 80% を占めていますが、それが何であるかはまだわかっていません。ほとんどの理論家は、それがいわゆる弱く相互作用する大質量粒子 (WIMP) で構成されていると考えています。これは、重力と弱い核力によって他の物質と相互作用しているにもかかわらず、ほとんど光を発せず、私たちの目には見えない未発見の亜原子粒子です。しかし、実験室での実験ではそれらは発見されておらず、宇宙からの最も可能性の高い証拠 (銀河の中心で WIMP が互いに消滅する際に放出されると推定されるガンマ線) は、高温ガスなどの他のソースからのガンマ線のカスケードによって圧倒されます。
オランダのライデン大学の素粒子物理学者アレクセイ・ボヤルスキーと同僚たちは、別の採石場を探しました。彼らは、欧州宇宙機関の XMM-Newton 周回軌道 X 線天文台からのデータを精査し、WIMP の 100 万分の 1 の数千電子ボルトの重さの粒子の兆候を探しました。理論的には、そのような粒子が存在する場合は、銀河の中心や宇宙の他の物体の内部で崩壊して、特定のエネルギーを持つX線を生成するはずです.このグループは 2005 年に捜索を開始し、何年も手ぶらでした。しかし、彼らはついに幸運に恵まれました。昨年、彼らは、天の川銀河に最も近いアンドロメダ銀河とペルセウス銀河団の両方から、X 線エネルギー スペクトルで 3.5 千電子ボルト (keV) のピークを発見したと報告しました。同時に、別のグループ (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物理学者 Esra Bulbul と同僚) は、73 の銀河団からの結合スペクトルで約 3.5 keV に輝線を発見したと報告しました。
現在、Physical Review Letters に掲載が認められた論文で 、ボヤルスキーのグループは、天の川のコアからのX線で同様のピークを報告しています.ピークの強度は、暗黒物質反応によって生成される適切な範囲内にある、と研究者は言う:銀河団のデータから推測される下限よりも高いが、天の川の密度の低い外側領域の研究から計算された上限よりも低い. 「暗黒物質が天の川の中心から来ていることを証明することはできません。なぜなら、銀河の中心の周りの物理学が十分にわかっていないからです」とボヤルスキーは言います。 「しかし、信号は非常に重要な一貫性チェックを通過します。」
しかし、他の研究者は、信号の暗黒物質の起源に異議を唱えています。カリフォルニア大学サンタクルーズ校の物理学者Tesla JeltemaとStefano Profumoは、天の川、アンドロメダ、および関連する銀河団内の通常の原子から放出されるX線を分析しました。彼らは、3.5 keV 線は、星によって宇宙に吹き飛ばされた熱く輝くカリウムやその他の元素から容易に発生する可能性があると結論付けています。
一方、カリフォルニア州パロアルトにあるスタンフォード大学カブリ素粒子天体物理学宇宙論研究所の物理学者オンドレイ・アーバンらは、NASA/日本の宇宙機関(JAXA)のすざくX線衛星からのデータは暗黒物質の本当の証拠を示していないと述べています。ペルセウス座を含む 4 つの銀河団のスペクトルにおける 3.5 keV での同様の放射。
ボヤルスキーは、問題を解決するにはさらにデータが必要だと言います。彼と彼の同僚は、XMM-Newton での観測時間を予約して、多くの暗黒物質を含んでいるが化学元素はほとんどないと考えられている矮小銀河の X 線スペクトルを研究しました。 「そこに信号が見られる場合、通常の天体物理学の観点からそれを解釈するのは非常に難しいでしょう」と彼は言います. 「それは暗黒物質の非常に確固たる証拠となるでしょう。」彼は、来年初めまでに結果が得られることを望んでいると言います.
最終的なテストは、JAXA が ASTRO-H と呼ばれる新しい X 線衛星の打ち上げを予定している来年にも開始される可能性があります。 ASTRO-H は、現在の衛星よりもはるかに詳細に 3.5 keV ピークの形状をプロットできるようになるだろうと、カリフォルニア大学アーバイン校の粒子理論学者であるジョナサン フェンは述べています。比較的幅の広い線は、X 線が暗黒物質によるものであることを意味し、幅の狭い線は、通常の原子が発生源であることを示していると彼は説明します。 「3.5 keV の X 線信号は、現在市場に出回っている他の推定信号とは異なり、数年以内に暗黒物質であると決定的に確認される可能性が高い」
暗黒物質が原因である場合、物理学者はその正体を突き止める必要があります。 Feng は、3.5 keV 線のエネルギーと強度は、ステライル ニュートリノからの「予想どおり」であると述べています。通常のニュートリノは、通常のニュートリノに崩壊するときに X 線を放出するという、仮説上の超とらえどころのないいとこです。
同じくカリフォルニア大学アーバイン校の宇宙学者である Kevork Abazajian は、無菌ニュートリノが最も有力な候補であることに同意している。しかし、他の仮想粒子も信号を生成する可能性があると彼は付け加えます。物理学者にニュートリノが存在するという最初のヒントを与えたのと同じ放射性プロセスであるβ崩壊の地上ベースの測定は、keVスケールの無菌ニュートリノも自然のラインナップの一部であるかどうかを決定することができる、とアバザジアンは示唆している.
