画像クレジット：バークレー
暗黒物質は、すべての銀河を取り囲んでいるように見える物質の見えないハローです。これまで、天文学者は暗黒物質がおそらく宇宙で均一な粒子の霧を形成すると信じていましたが、カリフォルニア大学バークレー校とMITの研究者たちは、暗黒物質がより大きな物質の塊に集まる方法のコンピューターシミュレーションを作成しました。
まだ検出されていない宇宙の4分の1を構成する「暗黒物質」は、一様な宇宙の霧ではない、とカリフォルニア大学バークレー校の天体物理学者は言いますが、その代わりに塵のモテのように動き回る密集した塊を形成します光。
今週、Physical Review Dに提出された論文で、カリフォルニア大学バークレー校の天文学の准教授であるChung-Pei Ma氏とマサチューセッツ工科大学（MIT）のEdmund Bertschinger氏は、暗黒物質の塊の動きが浮遊粉塵や花粉のブラウン運動に似た方法です。
彼らの発見は、天体物理学者にこの暗黒物質のゴースト宇宙の進化を計算し、それを観測可能な宇宙と調和させる新しい方法を提供するはずであるとマは言った。
暗黒物質は、30年以上にわたって天文学にとって厄介な問題でした。銀河内の星と銀河団内の銀河は、見えている以上の問題があることを示す方法で移動します。この目に見えない問題は、銀河の周りの目に見える恒星のハローよりもおそらく10倍遠くに広がる球状のハローにあるようです。目に見えない物質が燃え尽きた星や重いニュートリノで構成されているという初期の提案は、パントアウトされておらず、現在のお気に入りの候補は、ニュートリリノ、アクシオン、または他の仮想超対称粒子と呼ばれるエキゾチックな粒子です。これらのエキゾチックな粒子は、電磁波を介さずに重力のみを介して通常の物質と相互作用するため、光を放出しません。
「私たちはすべての粒子の半分しか見ていません」とマは言いました。 「現在、加速器で製造するには重すぎるため、世界の半分は私たちが知りません。」
「ダークエネルギー」がダークマターよりもさらに蔓延していることが判明した4年前に、状況はさらに悪化しました。宇宙の記述は現在、宇宙の約69％にダークエネルギー、27％にエキゾチックダークマター、3％にありふれた暗黒物質–薄暗い、見えない星–を実際に見ているだけで、実際にはわずか1％です。
暗黒物質が重力の下でどのように移動するかについてのコンピューターモデルに基づいて、Maは暗黒物質が銀河のクラスターを包む均一な霧ではないことを言った。代わりに、暗黒物質は、私たちの明るい宇宙で見られる銀河や球状星団のように表面的に見える小さな塊を形成します。暗黒物質は発光物質とは独立した動的な生命を持っていると彼女は言った。
「宇宙のマイクロ波背景は暗黒物質の凝集の初期の影響を示しており、これらの凝集は重力の引力の下で成長します」と彼女は言った。 「しかし、これらの塊、つまり銀河団の周りのハローは滑らかであると考えられていました。人々は興味をそそられ、高解像度のシミュレーションは滑らかではなく複雑な部分構造を持っていることを示しました。暗い世界には、それ自体がダイナミックな生活を送っています。」
Ma、Bertschinger、およびUC Berkeleyの大学院生であるMichael Boylan-Kolchinは、これらのシミュレーションのいくつかを自分で行いました。過去2年間の他のいくつかのグループも同様の凝集を示しています。
ダークマターのゴースト宇宙は、目に見える宇宙のテンプレートであると彼女は言った。暗黒物質は、単なる目に見える物質よりも25倍多く存在するため、暗黒物質が集まる場所に、目に見える物質が集まるはずです。
そこに問題があると馬は言った。暗黒物質の進化のコンピューターシミュレーションは、私たちが見ることができる発光物質の塊よりもはるかに多くの暗黒物質の塊を予測します。発光物質が暗黒物質に続く場合、それぞれにほぼ等しい数があるはずです。
「私たちの銀河である天の川には約12の衛星がありますが、シミュレーションでは数千の暗黒物質の衛星が見られます」と彼女は言った。 「天の川の暗黒物質はダイナミックで活気のある環境であり、暗黒物質の塊の何千もの小さな衛星が大きな親の暗黒物質のハローの周りに群がり、絶えず相互作用し、互いに干渉しています。」
さらに、暗黒物質の動きをモデリングする天体物理学者たちは、各塊がそのサイズに関係なく、同じように中心でピークに達し、端に向かって落ちる密度を持っていることを理解するのに戸惑いました。ただし、この普遍的な密度プロファイルは、Maの同僚、カリフォルニア大学バークレー校の天文学のレオブリッツ教授、および彼の研究グループなどが作成したいくつかの矮小銀河の観測結果と矛盾しているようです。
馬は、暗黒物質の動きを見る新しい方法がこれらの問題と観測による二乗理論を解決することを望んでいます。アメリカ物理学会の今年の初めの会議で議論された彼女のPhysical Reviewの記事で、彼女は暗黒物質の動きが、植物学者ロバート・ブラウンが1828年に説明し、アルバート・アインシュタインが1905年の説教で説明したブラウン運動によく似ていることを証明した。彼に1921年のノーベル物理学賞を授与するのに役立った論文。
ブラウン運動は、水に浮かぶ花粉の粒がジグザグに移動し、水分子が衝突することで押し出されたと説明されていました。現象は、空気中の塵の動きと暗黒物質の宇宙における暗黒物質の密集した塊に等しく言及する、とMaは言った。
この洞察は、「標準の見解とは異なる視点、異なる言語を使用してみましょう」と暗黒物質の動きと進化を調査すると述べた。
カリフォルニア大学バークレー校の天文学のアイヴァンキング名誉教授などの他の天文学者は、ブラウン運動の理論を使用して、星団内の数十万の星の動きをモデル化しましたが、これはMa氏は、厳密に大規模な宇宙論スケールに。アイデアは、固まりがどこにあるかを正確に気にする必要はなく、むしろ固まりがシステム内で統計的にどのように動作するか、どのように重力によって分散するかということです。」
Maは、塊のブラウン運動は、株式市場を含む多くの確率的またはランダムなプロセスをモデル化するために使用される方程式、フォッカープランク方程式によって支配されると指摘しました。 Maと共同研究者は現在、宇宙論的暗黒物質のこの方程式を解くことに取り組んでいます。
「暗黒物質の進化、塊の進化が、90年前の単純な方程式に従うことは驚くべきことであり、楽しいことです」と彼女は言った。
この作業は米国航空宇宙局によってサポートされました。
元のソース：UCバークレー
