遠方の銀河の周りの「アインシュタインの輪」の新しい見方により、ダークマターの議論の解決に近づいています

物理学者は、宇宙の物質のほとんどは目に見えない物質で構成されており、目に見える星や銀河への間接的な影響を通してのみ知ることができると信じています.

私たちは狂っていません！ この「暗黒物質」がなければ、私たちが見ている宇宙は意味をなさないでしょう。

しかし、暗黒物質の性質は古代の謎です。 しかし、 新しい研究 香港大学の Alfred Amroth とその同僚によって書かれ、 自然天文学光の重力曲げを利用して、私たちを理解に一歩近づけます。

目に見えないが遍在する

暗黒物質が存在すると私たちが考える理由は、銀河の振る舞いに対するその重力の影響を見ることができるからです。 具体的には、暗黒物質は宇宙の質量の約 85% を構成しているように見え、私たちが見ることができる遠方の銀河のほとんどは、神秘的な物質のハローに囲まれているように見えます。

しかし、光を放出したり、吸収したり、反射したりしないため、暗黒物質と呼ばれ、検出が非常に困難です。

それで、これらのものは何ですか？ 何らかの未知の基本粒子であるに違いないと考えていますが、まだ確信が持てません。 研究室での実験で暗黒物質粒子を検出する試みはすべて失敗しており、物理学者は数十年にわたってその性質について議論してきました。

科学者たちは、暗黒物質の 2 つの主要な仮説候補を提案しています。弱く相互作用する大質量粒子 (または WIMP) と呼ばれる比較的重い性質と、アクシオンと呼ばれる非常に軽量な粒子です。 理論的には、WIMP は離散粒子のように振る舞いますが、アクシオンは量子干渉のために波のように振る舞います。

これら 2 つの可能性を区別することは困難でしたが、遠方の銀河を少し回り道することで手がかりが得られました。

重力レンズとアインシュタインリング

アルバート アインシュタインの一般相対性理論によれば、光が銀河などの巨大な物体によって宇宙を通過するとき、その経路は曲がっています。これは、アルバート アインシュタインの一般相対性理論によると、巨大な物体の重力がその周りの空間と時間を歪めているからです。

その結果、遠く離れた銀河を見ると、その背後にある他の銀河の歪んだ画像が見えることがあります。 そして、物事が完全に一列に並んでいる場合、背景の銀河からの光は、最も近い銀河の周りを一周します。

この光の歪みは「重力レンズ効果」と呼ばれ、それによってできる円は「アインシュタイン ループ」と呼ばれます。

天文学者は、リングやその他のレンチキュラー画像がどのように歪むかを研究することで、最も近い銀河を取り囲む暗黒物質のハローの特性を知ることができます。

アクシオン対WIMP

そしてそれこそが、アムロスと彼のチームが彼らの新しい研究で行ったことです. 彼らは、HS 0810+2554 と呼ばれるシステムに特に焦点を当てて、同じオブジェクトの複数のコピーが前景のレンズ銀河の周りの背景に見えるいくつかのシステムを調べました。

詳細なモデリングを使用して、暗黒物質が WIMP で構成されている場合と、暗黒物質がアクシオンで構成されている場合に画像がどのように歪むかを解明しました。 WIMP モデルは実物とあまり似ていませんでしたが、アクシオン モデルはシステムのすべての機能を正確に再現しました。

この発見は、アクシオンが暗黒物質の候補である可能性が高いことを示しており、レンズ現象やその他の天体物理学的観測を説明する能力は科学者を苛立たせています。

粒子と銀河

新しい研究は、アクシオンが暗黒物質の最も可能性の高い形であることも示した以前の研究に基づいています。 例えば、 一つの研究 宇宙マイクロ波背景放射に対するアクシオン暗黒物質の影響を調べた一方で、 最後 矮小銀河の暗黒物質の挙動を調べる。

この研究は暗黒物質の性質に関する科学的議論を終わらせるものではありませんが、テストと実験のための新しい道を開きます. たとえば、将来の重力レンズ観測は、軸索の波のような性質を調べ、おそらくそれらの質量を測定するために使用できます。

暗黒物質をよりよく理解することは、素粒子物理学と初期宇宙について私たちが知っていることに影響を与えるでしょう。 また、銀河がどのように形成され、時間とともにどのように変化するかをよりよく理解するのにも役立ちます。