ダークマターは何でできていますか？これは、現代の天文学で最も厄介な問題の1つです。銀河から宇宙全体の進化に至るまでのすべてに明らかな重力の影響を見ることができるので、ダークマターがそこにあることはわかっていますが、それが何であるかはわかりません です。私たちの推測では、これは通常の問題とあまり頻繁に話したくないような奇妙な新しい粒子のようなものです（そうでなければ、今までにそれを見たことがあるでしょう）。 1つの可能性は、それがアクシオンとして知られているエキゾチックな架空の種類の粒子であり、天文学者のチームがこの奇妙な新しい宇宙生物を垣間見ようとするためにブラックホール以外に何も使用していないことです。
アクシオンアジェンダ
正直に言って、私たちはアクシオンが存在するかどうかはわかりません。彼らは、高エネルギー物理学における難問を説明するために発明されました。自然界にはある種の対称性があり、多数の素粒子を含むランダムな相互作用を取り、すべての電荷を反対の符号に切り替え、ミラーでプロセスを実行すると、まったく同じ結果が得られます。これは、電荷およびパリティ対称性、または略してCP対称性として知られています。
この対称性は、弱い核力の場合のようにそうでない場合を除いて、自然のあらゆる場所に当てはまります。弱い核力の場合は、この対称性にいつでも違反する可能性があります。
難問は、すべての権利によって強い核力もこれに違反するべきであるということです。数学にはCP対称性を明らかに破壊する用語がありますが、私たちの実験では、強い核力によって対称性が破壊される兆候は見られません。したがって、この対称性を破る必要があるときに、この対称性を回復するために何かが起こっている必要があります。
その答え、または少なくとも1つの潜在的な答えは、アキシオンと呼ばれる新しい種類の粒子です。アクシオンは特定の種類の力のバランスを取り戻し（はい、私はここでスターウォーズの参照を知っています）、CPの対称性が維持され、誰もが日常生活に取り掛かることができます。もちろん、これまでの実験では、アクシオンの存在を直接明らかにすることはできませんでした。また、アクシオンが持つ可能性のあるさまざまな質量と特性があります。
アキシオンの可能な許容質量と特性のその範囲内で、驚くべきことが起こります。宇宙をダークマターで満たす場合、そのダークマターには特定の特性が必要です。それは通常の問題と頻繁に相互作用することはできません。また、それ自体と頻繁に相互作用することもできません。また、それはたくさんある必要があり、それは非常に安定していて長寿命である必要があります。考えられるアキシオン特性の範囲のいくつかは、その仮想粒子が暗黒物質の候補になることを可能にしています。
ダークアクシオン
アクシオンを暗黒物質とすれば、通常、すべての通常の暗黒物質の観察を説明できます。銀河内部の回転曲線を説明できます。銀河団内の銀河の動きを説明できます。それは宇宙マイクロ波背景の観察に合うように初期宇宙で十分な豊富さで製造することができます。等々。
さらに、銀河の中心部にあるアクシオンは、密集して1つの巨大なボールを形成し、最初は巨大なブラックホールのように見えます。それは小さく、光と相互作用せず、信じられないほど巨大です。イベントホライズン望遠鏡からの最近の観測により、別の銀河の巨大なブラックホールの文字通りの画像が得られましたが、これらのアキシオンコアがまだ宇宙全体の銀河の深部に潜んでいることを必ずしも除外しているわけではありません。そして、これらの可能なアクシオンコアにより、それらのプロパティを処理できる可能性があります。
ブラックホールが鍵
イベントホライズン望遠鏡以外には、超大質量ブラックホールの直接観測はありません。私たちは、渦巻いていて周りを熱くなっている物質しか見ることができません。そして、その材料の特性から、ブラックホールのサイズと質量を推定できます。これらの手法により、数十年の間に非常に奇妙な関係が明らかになりました。巨大な銀河ほど、中心部に巨大なブラックホールが存在します。この関係は実際には比較的緊密で、ブラックホールが何らかの形でホスト銀河と共進化したことを示しています。
しかし、私が言ったように、ブラックホールを直接観察することはできません。したがって、それらはまったくブラックホールではない可能性があります。それらはそれらの銀河の中心に隠れているアキシオンコアであるかもしれません。この場合、ブラックホールがホスト銀河と共進化したのではなく、アキシオンコアがホスト銀河と共進化しました。銀河が大きいほど、それがホストできるアクシオン暗黒物質が多くなり、中心のアキシオンコアが大きくなります。
これは、中央の暗いオブジェクト（ブラックホールでもアキシオンコアでも）と銀河自体の関係を使用して、アキシオンのプロパティを制約できることを意味します。これが機能するのは、アキシオン粒子の質量で遊んだ場合、これが凝集してコアを形成しやすくなり、ホスト銀河との関係が変化するためです。
天文学者のチームは最近ブラックホールと銀河の関係を利用してこれを正確に行い、アキシオン粒子の質量にいくつかの上限を設定することができました。アクシオンは宇宙の暗黒物質の原因ですか？うまくいけば、いつか状況に光を当てることができます。
詳細：「アキシオンコア-ハロー質量とブラックホール-ハロー質量の関係：いくつかのパーセクスケールの制約」
