銀河系の中心には、暗黒矮星と呼ばれる新たな種類の恒星が潜んでいる可能性がある。これらの低質量でかすかな恒星は、核融合ではなく、暗黒物質粒子の対消滅によってエネルギーを得ている可能性があり、宇宙最大の謎の一つの捉えどころのない本質を明らかにする可能性がある。（想像図）。出典：SciTechDaily
英国とハワイの研究チームは、天体物理学と核天体物理学ジャーナルに掲載された論文で、暗黒矮星の概念を提唱し、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を含む既存の観測機器を用いて人類がそれらを検出できる方法を説明した。「暗黒矮星」という名称は、それらが本質的に暗いからではなく、今日の天体物理学と宇宙論の中心にある暗黒物質と密接に結びついているからである。
「宇宙の25%は光を発しない物質で構成されていると考えられています。そのため、肉眼や望遠鏡では見えません。重力の影響によってのみ検出できます。そのため、私たちはこれを暗黒物質と呼んでいます」と、研究の共著者であるハワイ大学のジェレミー・サクスタイン教授は説明した。
暗黒物質の存在は確認され、 科学者たちはその挙動を観測してきましたが、その本質は依然として謎に包まれています。過去50年間、多くの仮説が提唱されてきましたが、どれも確固たる実験データに裏付けられていません。本研究のような研究は、最終的な答えに近づくための実用的な方法を提供することを目指しています。
暗黒物質の有力な候補の一つに、弱い相互作用をする巨大粒子（WIMP）があります。これは非常に大きな質量を持ち、通常の物質と非常に弱い相互作用をする粒子です。WIMPはあらゆる物体をほとんど検知されることなく通り抜け、光を放射せず、電磁力の影響を受けないため、光を反射せず、目に見えません。WIMPは重力の影響によって間接的にしか検出できません。これはまた、暗黒矮星の存在に必要なタイプの暗黒物質でもあります。
黒色矮星のイラスト。出典：Sissa MedialabスタッフがAdobe Illustratorを使用して作成した画像
「暗黒物質は重力と相互作用するため、恒星に捕らえられて内部に蓄積されます。その際、暗黒物質は自らと相互作用して消滅し、恒星を加熱するエネルギーを放出します」とサクスタイン氏は説明する。
太陽のような通常の恒星は、中心部で核融合反応を起こして輝きます。これは、恒星が重力によって物質を圧縮し、原子核間の反応を引き起こすほどの質量を持つときに起こります。その結果、膨大なエネルギーが放出され、私たちはそれを光として見ています。一方、暗黒矮星も輝きますが、核融合反応によるものではありません。
「暗黒矮星は非常に小さく、太陽の質量のわずか8%程度です」とサクスタイン氏は述べた。これほど低い質量では核融合反応を起こすには不十分だ。そのため、これらの天体は宇宙では一般的であるものの、通常は小さな重力崩壊によって発生するエネルギーから微かな光を発しているだけであり、褐色矮星と呼ばれる。
しかし、天の川銀河の中心部など、暗黒物質が豊富な領域に存在する場合、褐色矮星は他の形態に変化する可能性があります。「これらの天体は暗黒物質を集め、暗黒矮星になります」とサクスタイン氏は強調します。「周囲に暗黒物質が多いほど、褐色矮星はさらに多くの暗黒物質を集めます。そして、褐色矮星が蓄積する暗黒物質が増えるほど、対消滅によってより多くのエネルギーを生み出すことができるのです。」
しかし、これらの理論はすべて、特定の種類の暗黒物質にしか当てはまりません。「暗黒矮星が存在するためには、暗黒物質はWIMP、つまり相互作用して可視物質を生成できる質量の大きい粒子で構成されている必要があります」とサクスタイン氏は述べています。アクシオン、ステライルニュートリノ、微弱な超軽量粒子といった他の理論は、期待される効果を生み出すには軽すぎます。相互作用して対消滅し、可視エネルギーに変換できる質量の大きい粒子だけが、暗黒矮星に十分なエネルギーを供給できるのです。
しかし、この仮説が妥当であるためには、暗黒矮星を特定するための特別な方法が必要です。そこでサクスタイン氏と彼の同僚は、その特徴としてリチウム7を提案しています。これは通常の恒星では非常に速く燃焼し、すぐに消滅する元素です。「暗黒矮星のように見える天体を見つけたら、リチウム7の痕跡を調べることができます。もしそれがまだ残っているなら、それは褐色矮星などではないはずです」とサクスタイン氏は説明します。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のような現代の観測機器は、暗黒矮星のような極低温の天体を検出できると考えられています。サクスタイン氏は別のアプローチを提案しています。「もう一つの選択肢は、集団全体を観察し、より詳細な特徴付けのために、さらに暗黒矮星の集団を追加すべきかどうかを統計的に検討することです。」
今後数年間で科学者が1つ以上の暗黒矮星を特定した場合、それは暗黒物質がWIMPで構成されているという仮説を裏付けるのに十分でしょうか？「かなり強力です」とサクスタイン氏は答えました。「アクシオンのような軽い暗黒物質の候補については、暗黒矮星のようなものは見つからないと思います。それらは恒星の内部に蓄積されません。もし暗黒矮星が発見されれば、暗黒物質が質量を持ち、それ自体とは強く相互作用するが、標準モデルとは弱くしか相互作用しないという強力な証拠となるでしょう。これにはWIMPやその他のエキゾチックなモデルも含まれます。」
しかし、彼はまた、暗黒矮星の発見は必ずしも暗黒物質がWIMPであることを意味するわけではなく、暗黒物質はWIMPであるか、WIMPとよく似た挙動を示す別の形態の物質である可能性があると指摘した。
この仮説が確認されれば、新たな研究の方向性が開かれ、宇宙最大の謎の一つが解明される可能性がある。
出典: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203
コメント (0)