超大質量暗黒物質星が宇宙初期に潜んでいる可能性がある

私たちは、暗黒物質によって動かされる奇妙な星の最初の兆候を見たかもしれません。これらのいわゆる暗黒星は、宇宙で最も謎に満ちた天体のいくつかを説明できるとともに、暗黒物質自体の本当の性質についてのヒントも与えてくれます。

通常の星は、ガスの雲が崩壊し、中心が核融合を引き起こすほど高密度になるときに形成されます。その核融合は、周囲のプラズマとガスに大量の熱とエネルギーを送り込むことによって星に電力を供給します。

暗黒星は、すべてがより密度が高かった初期の宇宙でも同様の方法で形成された可能性があります。 暗黒物質。星を形成するために崩壊した雲の中に十分な暗黒物質があれば、その暗黒物質は核融合が始まるかなり前に衝突して消滅し始め、暗黒星を輝かせてそれ以上の崩壊を防ぐのに十分なエネルギーを放出するだろう。

の形成 暗い星 これは非常に簡単です。そして今、チームが率いるのは、 キャサリン・フリーズ テキサス大学オースティン校の教授らは、その終焉がどのようなものになるかを解明した。

巨大な通常の星では、水素とヘリウムがなくなると、星はより重い元素を融合させ続け、最終的には燃料がなくなり、崩壊してブラックホールを形成します。より多くの物質を星に投入するほど、このプロセスはより速く行われます。

暗い星の場合はそうではありません。 「太陽質量程度の普通の星に暗黒物質を入れて、その星の動力源を核反応ではなく暗黒物質の消滅にすることで、星に栄養を与え続けることができます。十分な量の暗黒物質も与え続けている限り、問題を引き起こすような核進化を経験することはありません」と博士は言う。 ジョージ・フラー カリフォルニア大学サンディエゴ校で、フリーズのチームの一員だった。

しかし、一般相対性理論のおかげで、暗黒物質がこれらの奇妙な巨人を救えるのは長い間だけです。アルバート・アインシュタインの理論によると、物体の重力場は質量に応じて直接的に増加するわけではなく、重力はさらなる重力を生み出します。最終的には、物体が大きくなりすぎて不安定になり、小さな摂動によって重力が優勢になり、物体が崩壊してしまう可能性があります。 ブラックホール。研究者らは、暗い星の場合、これは太陽の1000倍から1000万倍の質量で起こるはずだと計算した。

この質量範囲により、超大質量暗黒星は、初期宇宙の大きな謎の 1 つを説明する有力な候補になります。 超大質量ブラックホール。天文学者たちは宇宙の歴史のごく初期に巨大なブラックホールを発見しましたが、どのようにしてこれほど急速にブラックホールが形成されたのかは不明です。主要な仮説の 1 つは、星は通常の星から形成されたのではなく、ある種の巨大な「種子」から作られたというものです。

「太陽質量100個のブラックホールがあるとしたら、一体どうやって数億年以内に太陽質量10億個まで作ることができるのでしょうか？標準星からブラックホールを作るだけなら、それは不可能です」とフリーズ氏は言う。 「一方、かなり大きなシードから始める場合には、大きな違いが生じます。」暗い星はそれらの種である可能性があります。

しかし、暗黒星によって解決できる初期宇宙の謎はそれだけではありません。ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、他にも 2 つの予期せぬタイプの天体を発見しており、これらには次のようなニックネームが付けられています。 小さな赤い点 と青いモンスター、それぞれ。これらは両方とも非常に遠い天体であり、それぞれについてすぐに説明できるのは、それらがコンパクトな銀河であるということです。

しかし、超大質量ブラックホールと同様、これらの天体は遠すぎるため、宇宙の歴史の中であまりにも初期すぎて、それらがどのように形成されたかを簡単に説明するには時間が足りませんでした。私たちがそれらについて得た観察から、フリーズと他の同僚グループは、小さな赤い点も青い怪物も、実際には個々の非常に重い暗黒星である可能性があると計算しました。

それらが暗い星であれば、その光の中に痕跡があるはずです。この特徴は、暗黒星が存在する場合、それらが吸収するはずの特定の光の波長に関係しています。通常の星やそれらがたくさんある銀河は、この光を吸収するには熱すぎるのです。

フリーズと彼女の同僚は見つけました その吸収のヒント 最初の JWST 観測では、これらの遠方の天体のいくつかが観測されましたが、データのノイズが多すぎて、それが存在すると断言するには至りませんでした。 「現時点で、私たちが持っているすべての候補のうち、スペクトルに同じように適合する可能性のあるものが 2 つあります。1 つの超大質量暗黒星か、または通常の星の銀河全体です」とフリーズ氏は言います。 「このくぼみを見れば、それが通常の星で満たされた銀河ではなく、暗い星であることは確かです。しかし今のところ、私たちが持っているのは哀れな小さなヒントだけです。」

まだ暗黒星を確実に検出できたとは言えませんが、これは一歩前進です。 「これは深遠で明確な決定打ではありませんが、彼らが探しているのは非常に動機づけられたものであり、JWSTが見ているもののいくつかの側面は確かにそのような方向を示しています」と氏は言う。 ダン・フーパー ウィスコンシン大学マディソン校で。

これらの天体が本当に暗黒星であるかどうかを判断するには、理想的にはより高い感度でさらに多くの観測が必要ですが、JWST がこれほど遠く離れた銀河 (または暗黒星) に必要な詳細レベルに到達できるかどうかはまだ明らかではありません。

「暗黒星の存在を確認できれば、大きな発見となるだろう」と彼は言う。 ヴォロディミル・タヒストフ 日本の高エネルギー加速器研究機構にて。それは基礎物理学に関する新たな観察の窓を開く可能性がある、と彼は言う。なぜなら、暗黒星は、超大質量ブラックホール、小さな赤い点、青い怪物などの宇宙の謎を解明できるだけでなく、現在ほとんどわかっていない暗黒物質の性質を調べるためにも利用できるからです。

それが超大質量ブラックホールの種である場合は特にそうです。フリーズ、フラー、および彼らのチームは、ブラックホールが崩壊してブラックホールが形成される質量は、その質量に依存すると計算しました。 ダークマター粒子の消滅 彼らの核心で。これは、超大質量ブラックホールを使用して暗黒物質の特性を測定、または少なくとも制限できることを意味します。もちろん、まずは暗黒星が存在するかどうかを確認する必要があります。 「これらのものが世の中にあるとしても、それは珍しいことです」とフーパー氏は言います。 「珍しいですが、特別です。」

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