暗黒物質は、天文学者たちが何十年も検出できていない幽霊のような物質ですが、星や銀河などの宇宙の通常の物質に多大な影響を与えていることがわかっています。銀河に及ぼす巨大な重力によって、銀河を回転させたり、軌道に沿って余分な力を与えたり、さらには引き裂いたりします。
宇宙のカーニバルの鏡のように、遠くの物体からの光を曲げて、歪んだ画像や複数の画像を作成します。このプロセスは、と呼ばれます。 重力レンズ.
最近の研究 爆発的なスターを生み出すことで、これよりもさらに多くのドラマを生み出す可能性があることを示唆しています。
ダークマターが銀河に与える大混乱にもかかわらず、重力を介する以外に暗黒物質がそれ自体と相互作用できるかどうかについてはあまり知られていない。他の力を受ける場合、その力は非常に弱いはずです。そうでない場合は、測定されるはずです。
ダークマター粒子の可能性のある候補であり、弱く相互作用する巨大な粒子（または WIMP）、これまでに観察による証拠はなく、熱心に研究されてきました。
最近、同様に相互作用は弱いが非常に軽い他の種類の粒子が注目を集めています。これらの粒子は、 アクシオン、最初でした 1970年代後半に提案された 〜へ 量子問題を解く、しかし、それらは暗黒物質の法案にも当てはまるかもしれません。
小さな物体を形成するために互いに「くっつく」ことができない WIMP とは異なり、アクシオンはそれが可能です。それらは非常に軽いため、膨大な数のアクシオンがすべての暗黒物質を占める必要があり、つまり、それらが詰め込まれている必要があります。しかし、それらは亜原子粒子の一種であるため、 ボソン、彼らは気にしません。
実際、計算によると、アクシオンは非常に密に詰め込まれているため、原子と粒子のミクロ世界を支配する理論である量子力学の法則に従って、奇妙な動作を開始する可能性があり、集合的に波のように動作する可能性があります。この状態を ボーズ・アインシュタイン凝縮、そして予想外に、 アクシオンが「星」を形成できるようにする 自分自身の。
これは、波が単独で移動し、物理学者が「ソリトン」と呼ぶものを形成するときに起こります。ソリトンは、歪んだり分散したりすることなく移動できる局所的なエネルギーの塊です。これは地球上の渦や渦、またはバブルリングでよく見られます。 水中を楽しむイルカ.
新しい研究 は、そのようなソリトンが最終的にサイズが大きくなり、通常の星と同じかそれよりも大きな星になることを示す計算を提供します。しかし最終的には不安定になり、爆発してしまいます。
このような爆発（「ボーセノバ」と呼ばれる）から放出されるエネルギーは、超新星（爆発する通常の星）のエネルギーに匹敵します。宇宙では暗黒物質が目に見える物質をはるかに上回っていることを考えると、これは私たちの空の観察に確かに痕跡を残すでしょう。私たちはまだそのような傷跡を発見していませんが、新しい研究は私たちに探すべきものを与えてくれました。
観察テスト
研究を支える研究者たち 通常の物質でできた周囲のガスが爆発による余分なエネルギーを吸収し、その一部を放出すると考えられています。このガスのほとんどは水素でできているため、この光は無線周波数であることがわかります。
興味深いことに、今後の観察は 平方キロメートル配列 電波望遠鏡なら捉えられるかもしれない。
したがって、暗黒星の爆発による花火は私たちの視界から隠されているかもしれませんが、目に見える物質の中でその余波を見つけることができるかもしれません。これの素晴らしい点は、このような発見が、暗黒物質が実際に何でできているのか、この場合はおそらくアクシオンでできているのかを解明するのに役立つということです。
観測によって予測された信号が検出されなかった場合はどうなるでしょうか?他の「アクシオンのような」粒子がまだ存在する可能性があるため、おそらくこの理論を完全に排除することはできません。しかし、検出に失敗した場合は、これらの粒子の質量が大きく異なっているか、またはそれらが私たちが思っているほど強く放射線と結合していないことを示している可能性があります。
実際、これは以前にも起こったことがあります。当初、アクシオンは非常に強力に結合すると考えられていました。 星の内部のガスを冷やす。しかし、星の冷却のモデルでは、このメカニズムがなくても星はまったく問題ないことが示されていたため、アクシオン結合の強度は当初の想定よりも低くなければなりませんでした。
もちろん、暗黒物質がアクシオンでできているという保証はありません。 WIMP は依然としてこのレースの候補者であり、 他にもあります.
ちなみに、いくつかの研究では、WIMP のような暗黒物質が存在すると示唆されています。 「暗黒星」を形成することもあります。 この場合、星は依然として通常の状態（水素とヘリウムでできている）であり、暗黒物質が星に電力を供給しているだけです。
WIMP によって駆動されるこれらの暗黒星は超大質量であり、初期宇宙では短期間しか生存しないと予測されています。しかし、それらはジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡で観測できる可能性があります。最近の研究では、 そんな3つの発見、ただし、それが本当に事実かどうかについては陪審はまだ結論を出していません。
それにもかかわらず、アクシオンに関する興奮は高まっており、アクシオンを検出するための計画が数多くあります。たとえば、アクシオンが期待されています 光子に変換する 光子が磁場を通過するとき、特定のエネルギーを持つ光子の観測は、中性子星やさらには磁場を持つ星をターゲットとしています。 太陽.
理論面では、さまざまな種類の暗黒物質が存在する場合に宇宙がどのように見えるかについての予測を改良する取り組みが行われています。たとえば、アクシオンは WIMP と区別される場合があります。 ちなみに彼らは光を曲げます 重力レンズを通して。
より良い観測と理論があれば、暗黒物質の謎が間もなく解明されると期待されています。
この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.
画像のクレジット： ESA/ウェッブ、NASA & CSA、A. マーテル
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- 情報源： https://singularityhub.com/2024/03/25/dark-stars-dark-matter-may-form-exploding-stars-finding-them-could-help-reveal-what-its-made-of/
