暗黒物質で動く星がJWSTで観測された可能性 – Physics World

米国の天文学者XNUMX人が、「暗黒星」（暗黒物質の消滅によって動力を供給される仮説上の天体）の存在を示す説得力のある証拠を発見した。 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) によって観察された古代銀河の予想外の豊富さは、暗い星によって説明される可能性があります。  キャサリン・フリース テキサス大学オースティン校で コスミン・イリー および ジリアン・ポーリン コルゲート大学の研究者らは、JWST データを使用して、これらの銀河のうち XNUMX つが実際には暗黒星である可能性があると結論付けました。

最初の画像が公開されてから XNUMX 年も経たないうちに、JWST はすでに初期宇宙に対する天文学者の理解を変えました。 その最も驚くべき観測の一つは、暗黒物質が豊富な領域で形成されたであろう、非常に明るい古代銀河の膨大な数である。

ダークマターは、宇宙の大規模な構造を説明するために物理学者によって援用される仮説的な物質です。 これは直接観測されたことはありませんが、現在の宇宙論の標準モデルであるラムダ冷暗黒物質モデル (ΛCDM) の一部です。 これは、暗黒物質の重力の影響を考慮しながら、宇宙の構造と膨張を説明します。

暗黒物質加熱

2007年には、 フリーズらは「暗黒星」の可能性を提案した、初期の宇宙では一般的だったのかもしれません。 これらのエキゾチックな星は主に水素とヘリウムで構成されていますが、核融合ではなく「暗黒物質加熱」によって燃料が供給されると考えられます。 これには、弱相互作用大粒子（WIMP）と呼ばれる一種の暗黒物質が関与している可能性があります。 WIMPは地球上の検出実験で何十年にもわたって発見を回避してきたが、フリーズ氏のチームによると、初期宇宙の暗黒物質の密度が非常に高いため、初期の星の一部の形成中に通常の物質とはるかに頻繁に相互作用する可能性があるという。

初期の宇宙では、「WIMP は消滅して光子、電子陽電子対、その他の粒子になり、崩壊する雲の中の水素と衝突した可能性があります」とフリーズ氏は説明します。 「その後、これらの粒子は雲の中に閉じ込められ、暗黒物質粒子の塊からのすべてのエネルギーが雲の中に蓄積されます。 その後、雲は崩壊を止め、代わりに「暗黒星」に変わります。」

暗黒星はあらゆる意味で星であり、その冷たい落下物質の計り知れない重力が、内部のエネルギー放出プロセスによって生成される外側への静水圧によって完全にバランスが保たれている。 それでも、フリーズ氏は、彼らは通常の星とはいくつかの重要な違いがあると言います。

全体的に涼しい

「核融合を起こすために高温が必要な核融合星とは異なり、それらには核がありません」とフリーズ氏は説明する。 「暗黒星は表面も含めて全体的に低温であるため、質量の降着を妨げる電離光子や風を生成しません。」

その結果、フリーズらは、暗黒星の大きさは約10天文単位、太陽質量数百万に達すると主張している。 これにより、星はさらに多くの暗黒物質の粒子を引き込むことができます。 その過程で、「超大質量」暗黒星 (SMDS) が銀河全体を上回るほど明るくなる可能性があります。

通常、銀河は宇宙の広範囲の領域を占めるのに対し、星は単一の光点として見えるため、星と簡単に区別できます。 しかし、これほど遠い距離では、JWST でも星と銀河を区別するのに十分な解像度がありません。 Freese 氏とその同僚の主張が正しければ、JWST のデータに非常に多くの古代銀河が現れるのは、その多くが SMDS であるためであることを示唆することになります。

吸収線

SMDS の証拠を探すために、1640 人は JWST 先端銀河系外探査 (JADES) からのデータを調査しました。 調査では、特定の波長の光が候補星に吸収されている証拠を探した。 特に、彼らは、熱く明るい星のスペクトルでよく観察される XNUMX nm のヘリウム II 吸収線に興味を持っていました。

「銀河はそのような吸収線を生成しないため、ヘリウム II 吸収線は暗黒星にとって決定打となるでしょう」とフリーズ氏は言う。 「水素とヘリウム以外の元素が見つかったら、それは暗黒星ではありません。」

暗黒物質は初期宇宙に冷却効果をもたらしたのでしょうか?

JADES を使用して検索したところ、SMDS 基準に厳密に一致するいくつかのオブジェクトが特定されました。 「そのうちの XNUMX つが SMDS によく適合することがわかりました」と Freese 氏は続けます。 「それらは正しいスペクトルを持っていますが、検出器の解像度では、これらが点状の物体なのか、それとも延長された物体なのかをまだ判断できません。」

将来的には、JWSTが重力レンズによって拡大されたSMDS候補をピックアップすることを研究チームは期待している。これにより、物体が銀河の延長ではなく実際に単一の光点であることを確認できるほど解像度が向上する可能性がある。 「これらの初期の天体の一部が銀河ではなく暗黒星であれば、JWST の観測と宇宙論の標準モデルとの一貫性を維持するのに役立つでしょう」とフリーズ氏は言う。

これに加えて、この確認は暗黒物質の性質の理解における大きな進歩となる可能性があり、WIMP の存在に対するさらなる証拠を提供する可能性があります。

研究はで説明されています 米国科学アカデミー紀要.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/stars-powered-by-dark-matter-may-have-been-seen-by-the-jwst/