宇宙の質量の大部分を占める目に見えない物質である暗黒物質は、集合して原子になる可能性があることが、新しいシミュレーションで示された。 これらの「暗黒原子」は銀河の進化と星の形成を根本的に変える可能性があり、天文学者にこの神秘的な物質を理解する新たな機会を与えます。
暗黒物質は、宇宙のすべての銀河および銀河団の質量の 80% 以上を占めています。 私たちの観察はすべて、暗黒物質が通常の物質や光とさえ相互作用しない新しい種類の粒子であることを示しています。 私たちが暗黒物質を特定できるのは、他のあらゆるものとの重力相互作用を通じてのみです。 暗黒物質が何であれ、それは現代の物理学の理解を超えています。 しかし、それでも質量があり、したがって重力が存在します。
暗黒物質が単純なのか複雑なのかはまだわかっていません。 それは宇宙を支配し、それ自体とさえほとんど相互作用しない、たった種類の粒子で構成されています。 あるいは、通常の物質で見られるのと同じ豊富な種類の粒子で構成されている場合もあります。 さらに、私たちが知っている自然界の基本的な力は、重力、電磁気、強い核相互作用、弱い核相互作用の つだけです。 しかし、暗黒物質粒子間でのみ作用し、通常の物質にはまったく影響を及ぼさない追加の力が存在する可能性があります。
追加の暗黒物質粒子と暗黒勢力の概念は、思われているほど突飛なものではありません。 私たちの物理学への理解は、粒子間の数学的な深い関係である対称性に基づいて構築されています。 自然法則には、ダークマターを通常の物質の対応物にする追加の対称性があり、通常の物質が関与する可能性のあるあらゆる種類の相互作用について、ダークセクターに対応物が存在する可能性があります。
たとえば、普通の物質から単純な原子、つまり相互作用を媒介する電磁力の伝達体である光子を伴って互いに接続された陽子と電子を構築することができます。 同じ暗黒物質構造のバージョン、つまり暗黒光子によって暗黒陽子が暗黒電子に結合したバージョン、つまり暗黒原子を持つこともできます。
原子状暗黒物質は、単一の粒子からなる暗黒物質とは大きく異なる挙動を示すでしょう。 最も重要なことは、単純な暗黒物質が凝集するのは非常に難しく、数億年かけてゆっくりと凝集するだろうということです。 普通の物質はこれらの滑らかな暗黒物質の塊の中に集まって銀河を形成しますが、それ以外の場合は別々の人生を送ります。 しかし、原子暗黒物質は独自の影銀河、つまり目に見える銀河の大きさと位置を模倣した円盤状の構造を形成することがあります。
天体物理学者のチームは、この興味深い可能性を利用して銀河の進化をモデル化し、観測された違いがどのようなものになるかを確認しました。 彼らは、原子暗黒物質がそれ自身の力に従って進化することを可能にし、その後、これらの新しい構造が重力の新しい組織を通じて目に見える銀河にどのような影響を与えるかを調査しました。 彼らは月にその結果をオンラインのプレプリントデータベースに公開した arXivの.
研究者らは、少量の原子暗黒物質（残りを含まない、宇宙の全暗黒物質のわずか6％）でさえ、銀河の進化を根本的に変えるのに十分であることを発見した。 原子状暗黒物質は相互作用することができるため、容易に凝縮し、何らかの形態の暗黒放射線の放出によってエネルギーを失う可能性があります。 シミュレーションの結果、各銀河の内部に「暗黒円盤」が急速に出現し、その回転が目に見える通常の成分の回転とほぼ一致することが示された。
そこから、通常のガスが凝縮して雲になり、最終的には星になるのと同じように、原子状の暗黒物質が凝縮し続けました。 シミュレーションでは、原子状暗黒物質が独自の暗黒星を形成し、独自のブラックホールの形成を引き起こす可能性さえありました。 その後、これらの塊は銀河の中心部に沈み、そこで密度が増加しました。
この余分な重力のおかげで、銀河の中心での星形成が加速され、単純な暗黒物質を含む銀河よりもはるかに速く星が形成されます。 これらのシミュレーションでは、原子暗黒物質のいくつかのモデルが実際に除外されました。これらのモデルでは、銀河で新しい星形成物質があまりにも早く枯渇してしまうためです。
しかし、一部のモデルは現在の観測限界を生き延びており、原子暗黒物質の存在のさらなる可能性を可能にしています。 研究者らは、さらなる理論的および実験的研究により、この興味深い形態のエキゾチック物質の妥当性が解明されることを期待している。 たとえば、原子暗黒物質は非常に効率的に凝縮するため、ローマにある NASA のナンシー グレース宇宙望遠鏡を使用した将来の重力マイクロレンズ研究により、高密度の星のような塊を検出できる可能性があります。
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