ガンマ線-宇宙で最も明るく、最も強力な光-は人間の目に見えない空を横切って航海します。これらの非常にエネルギッシュな放射バーストは、超新星爆発からフラッシュし、衝突する中性子星から火花を出し、空腹のブラックホールから噴出します。
天文学者がガンマ線望遠鏡でそれらを捕らえることができるとき、これらの目に見えない花火は、宇宙で最も爆発的な構造のいくつかを指しています。現在、国際的な研究チームは、これらの強力な光線が、はるかに奇妙でわかりにくいもの、つまりダークマターと呼ばれる目に見えない物質につながることを期待しています。
ジャーナルPhysical Review Lettersに掲載され、プレプリントデータベースarXivに詳細が記載された新しい研究で、研究者たちは「未解決のガンマ線背景」と呼ばれるもの、つまりすべてのかすかな神秘的なガンマ線を調べました。ブラックホールや超新星などの既知の情報源の後に残された信号。チームが未解決のガンマ線のマップと宇宙の同じセクションの物質密度のマップを比較したとき、彼らは、光線が暗黒物質が隠れると予測された重力の大きい領域と正確に整列していることを発見しました。
研究の共著者であるダニエル・グルーエンによると、この相関関係は暗黒物質が宇宙のかすかなガンマ線背景の主な原因である可能性を示唆しています。もしそうなら、それは天文学者に神秘的な物質の特性についてのいくつかの重要な手がかりを与えるかもしれません。
「ダークマターは放射性核のように崩壊し、ガンマ線を生成する可能性がある」とカリフォルニア州スタンフォード大学にあるエネルギー省のSLAC国立加速器研究所の宇宙物理学者であるグルーエンはLive Scienceに語った。 「あるいは、複数の暗黒物質粒子が衝突し、それらが相互作用するときにガンマ線を生成します。」
暗闇の波紋
暗黒物質は宇宙の質量の約85％を占めると考えられていますが、研究者はそれが何であるか、どこにあるかについてまだ肯定的ではありません。現代の科学機器からは完全に見えないものであり、これらの物質は正常に検出されたことはありません。
「しかし、我々はダークマターの特性のいくつかを知っている」とグルーエンは言った。 「それが非常に一般的であることを知っており、他の質量と重力的に相互作用する質量があることを知っています。」
つまり、ダークマターは目に見えませんが、その強力な重力によって宇宙に目に見える影響を与えます。これらの影響の1つは重力レンズ効果として知られています。基本的に、遠方の銀河からの光が、地球に向かう途中で通過する巨大な物体の重力によってどのように歪曲されるかを示します。
新しい研究のために、研究者たちは、ダークエネルギー調査（DES）と呼ばれるプロジェクトによって編集された、宇宙の特定のチャンクにおける重力レンズ効果のマップを調べました。調査の専用カメラは、チリの巨大な望遠鏡に取り付けられ、1億年かけて何億もの銀河の高精細画像を撮り、遠くの光が強い重力のポケットによって最も変形されている場所に焦点を合わせました。グルーエン氏によると、結果のマップ上で最も広大な領域のいくつかは既知の銀河に対応しているが、他の大きなポケットはおそらく暗黒物質の隠れた影響を示しているという。
その影響がどのように見えるかをよりよく理解するために、研究者たちはこの質量マップを、過去9年間にNASAのフェルミガンマ線望遠鏡によって同じ地域で検出されたガンマ線放出のマップと比較しました。数学モデルを使用して、チームは、エネルギー出力、距離、その他のさまざまな要因に基づいて、ブラックホールや超新星などの「ありふれた」発生源に確実に結びつく可能性のあるすべての放射線を取り除きました。
さて、謎の「未解決」のガンマ線源だけを残して、チームは両方のマップを比較しました。彼らは、高ガンマ線放射の領域と質量の多い領域の間の明確な重なりを見ました。
「これは、ガンマ線がたくさんあり、暗黒物質もたくさんあると私たちが確信した最初の研究です」とグルーエンは言った。
ダークマターが本当にガンマ線を放射している場合、それがどのように検出され、何が実際に構成されているかを真剣に絞り込むことができます。しかし、フェルミマップのかすかなガンマ線の背景が暗黒物質とは関係がない可能性はまだあるとグルーエン氏は語った。研究者がガンマ線放出の「ありふれた」発生源（ブラックホールなど）を排除するために使用した数学モデルは、それらのオブジェクトのプロパティに関するいくつかの仮定に基づいています。これらの仮定が間違っている場合、遠く離れたブラックホールが研究者が説明したよりもはるかに多くの神秘的なガンマ線の背景。
「おそらくそのモデルは不完全であり、実際にこれらのガンマ線を放出するブラックホールについて何かを学んでいるのかもしれない」とグルーエン氏。 「おそらく、これらのブラックホールは私たちが思っていたよりも巨大な銀河に住んでいるのだろう」
ガンマ線と重力レンズの両方に関するより多くのデータは、チームがモデルを磨き、宇宙の地図をよりよく解釈するのに役立ちます。調査の結論以来、DESは宇宙の質量分布に関する6倍の情報を収集しており、FERMI衛星はガンマ線爆発を追跡する多くの望遠鏡の1つとして残っています。グルーエン氏は、さらに明確な結果を示したフォローアップ研究は今後数年以内に行われると語った。
