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暗黒物質は私たちの周りに遍在していると天体物理学者は言います。しかし、これまでのところ、私たちは重力的な引力を通じて間接的にそれを測定することしかできていませんでした。あるいは、そうでしょうか？物理学者のチームによると、私たちはすでに暗黒物質の直接的な証拠を持っているかもしれないが、それに気づいていないだけだと言います。見ていきましょう。
現在の推定によると、暗黒物質は宇宙のすべての物質の約80％を占めています。光やあらゆる種類の電磁放射と相互作用しないため、望遠鏡には現れません。しかし、質量があるため重力的な引力を持っています。そしてそれには観測可能な結果があります。例えば、銀河の回転を加速させ、重力レンズをより強くします。
問題は、同じ観測効果が、大規模スケールでの重力の働き方を私たちが理解していないことを意味する可能性もあるということです。この代替的な説明は「修正重力」として知られています。どちらが正しいかという問題は数十年続いており、物理学者はまだどちらかを決定的に示す証拠を見つけていません。
暗黒物質が正しいことを証明する最良の方法は、それが構成されていると考えられている粒子の証拠を見つけることでしょう。新しい論文の著者たちは今、私たちはすでにこの証拠を持っているかもしれないと言います。それは私たちの天の川銀河の中心から来る奇妙な信号で、10年以上にわたって天体物理学者を困惑させてきたものです。
それは私たちの銀河の中央分子地帯から来ています。基本的に天の川銀河のダウンタウンです。通常の宇宙が郊外なら、これは新しい星が集まり、水素カクテルに高すぎる代金を払い、時には爆発する場所です。
しかし、私たちの銀河中心のガスには奇妙な特性があります：それは私たちの大気中の二酸化炭素のように、赤外線で光を吸収します。これは雲の背後にある星からの光を観察し、何が吸収されるかを確認することで測定されます。
この欠けている赤外線は奇妙です。なぜなら水素ガスは通常、ペアを形成するからです。これがH2です。しかし、赤外線で吸収するためには、振動できる何かが必要です。つまり、少なくとも3つの原子が必要です。そして吸収される赤外線の周波数から、天体物理学者たちは観測しているものがH3プラス、つまり電子が1つ欠けた3つの水素原子の組み合わせであることをかなり確信しています。彼らはこれを予想よりも100倍も多く観測しています！それで何が起きているのでしょうか？
新しい論文の著者たちは、それを解明したと言います。彼らは暗黒物質は中程度の質量を持つ粒子、数メガ電子ボルト程度の範囲のものでできていると言います。これは大型ハドロン衝突型加速器で探しているものよりもずっと低い質量ですが、アクシオン探索機で探しているエネルギーよりはずっと高いものです。
その質量範囲の粒子は、以前に議論された原子の異常のいくつかと矛盾しないでしょう。これは少し無視されてきた興味深い質量範囲です。
彼らは今、これらの暗黒物質粒子が互いに衝突すると消滅して崩壊すると言います。このことはあまり頻繁には起こりません。なぜならこの物質は非常に薄く分布しているため、検出が容易ではないからです。しかしこの崩壊は電子と陽電子を生成するでしょう。これらが水素に衝突して電離させます。そして水素ガスが電離されると、H3プラスを形成する傾向があります。つまり、暗黒物質が電子と陽電子を生成し、それがガスを電離させ、その信号を作り出すのです。
さらに良いことに、これはまた別の奇妙な観測、511キロ電子ボルトラインと呼ばれるものの説明にも役立つかもしれません。これは銀河中心からも来る511キロ電子ボルトのエネルギーでのガンマ線放射です。私たちはこれについて1970年代から知っていましたが、その起源は明らかにされませんでした。
それがこの511キロ電子ボルトというかなり狭いエネルギーを持っているので、それがどこから来るかについてかなり良い考えがあります。それはほぼ確実に陽電子が電子に衝突して消滅することから来ています。なぜならそれは2つの光子を作り出し、その最も可能性の高いエネルギーが511キロ電子ボルトだからです。つながりがわかりますね。研究者たちはこの信号の少なくとも一部は、暗黒物質が電子と陽電子を生み出す副作用かもしれないと言っています。
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これがすべて有望に聞こえるなら、懐疑的である理由もあります。以前にも天体物理学者が暗黒物質に起因するとした様々な観測がありましたが、後に別のものであることが判明しました。例えば、約15年前、宇宙線中の陽電子の過剰が暗黒物質によるものとされていました。しかし今では、それは超新星や活動銀河核に由来する可能性が高いようです。暗黒物質はまた、天の川銀河の中心から来る超高エネルギー宇宙線の過剰の原因とされていましたが、今ではミリ秒パルサーによるものと考えられています。
では、これが正しいかどうかをどのように確かめることができるでしょうか？これらの信号の正確な分布を調べて、暗黒物質から予想される量と一致するかどうかを確認することができます。私が言いたいのは、天体物理学者はすでに私たちの銀河内の星の動きから、銀河中心にどれだけの暗黒物質があるはずかを推測しており、それは単なる一定の密度ではないということです。つまり、その密度が信号と一致するかどうかを確認することができます。
「個人的には、暗黒物質に関する進展がこのように遅ければ、それが意識を持つのに十分な時間があるかもしれないと思います。私たちがようやくそれを検出するのは、天体物理学の論文に星1つのレビューを残し始めたときでしょう：’私の質量分布を完全に誤って表現している。お勧めしません。’」
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