「暗黒矮星」の発見は暗黒物質の謎を解く扉を開くかもしれない

DNVN - 新たに発表された研究によると、謎に包まれた「暗黒矮星」が重要な手がかりとなり、現代宇宙論の最大の謎の一つである暗黒物質の真の性質を解明するのに役立つ可能性があるという。

暗黒矮星と呼ばれる、新たなタイプの恒星が、私たちの銀河系の中心に潜んでいる可能性があると提唱されています。これらの低質量でかすかな恒星は、核融合ではなく、暗黒物質粒子の対消滅によってエネルギーを得ている可能性があり、宇宙最大の謎の一つの捉えどころのない本質を明らかにする可能性があります。（想像図）。出典：SciTechDaily

英国とハワイの研究チームは、Journal of Cosmology and Astronuclear Physics誌に掲載された論文で、暗黒矮星の概念を提唱し、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を含む既存の観測機器を用いて人類がそれらを検出できる方法を解説しました。「暗黒矮星」という名称は、それらが本質的に暗いからではなく、今日の天体物理学と宇宙論の中心にある暗黒物質と密接に関連しているためです。

「宇宙の25%は光を発しない物質でできていると考えられています。そのため、肉眼や望遠鏡では見えません。重力の影響によってのみ検出できます。そのため、私たちはこれを暗黒物質と呼んでいます」と、研究の共著者であるハワイ大学のジェレミー・サクスタイン教授は説明します。

暗黒物質の存在は確認され、 科学者たちはその挙動を観測してきましたが、その本質は依然として謎に包まれています。過去50年間、多くの仮説が提唱されてきましたが、どれも確固たる実験データに裏付けられていません。本研究のような研究は、最終的な答えに近づくための実用的な方法を提供することを目指しています。

暗黒物質の最も有望な候補の一つに、弱い相互作用をする巨大粒子（WIMP）があります。これは非常に質量の大きい粒子ですが、通常の物質と非常に弱い相互作用をします。WIMPはあらゆる物体をほとんど検知されることなく通り抜け、光を放射せず、電磁力の影響を受けないため、光を反射せず、目に見えません。WIMPは重力の影響によって間接的にしか検出できません。これはまた、暗黒矮星の存在に必要なタイプの暗黒物質でもあります。

黒色矮星のイラスト。出典：Sissa MedialabスタッフがAdobe Illustratorを使用して作成した画像

「暗黒物質は重力と相互作用するため、恒星に捕らえられ、内部に蓄積されます。その際、暗黒物質は自らと相互作用して消滅し、恒星を加熱するエネルギーを放出します」とサクスタイン氏は説明する。

太陽のような通常の恒星は、中心部で核融合反応を起こして輝きます。質量が十分に大きい恒星は、重力によって物質が圧縮され、原子核間の反応が引き起こされます。その結果、膨大なエネルギーが放出され、私たちはそれを光として見ています。一方、暗黒矮星も輝きますが、核融合反応によるものではありません。

「暗黒矮星は非常に小さく、太陽の質量のわずか8%程度です」とサクスタイン氏は述べた。これほど低い質量では熱核反応を起こすには不十分だ。そのため、これらの天体は宇宙では一般的ではあるものの、通常は小さな重力崩壊によって発生するエネルギーから微かな光を発しているだけであり、褐色矮星と呼ばれる。

しかし、天の川銀河の中心部など、暗黒物質が豊富な領域に存在する場合、褐色矮星は他の形態に変化する可能性があります。「これらの天体は暗黒物質を集め、暗黒矮星になります」とサクスタイン氏は指摘します。「周囲に暗黒物質が多いほど、褐色矮星はさらに多くの暗黒物質を集めます。そして、褐色矮星が蓄積する暗黒物質が増えるほど、対消滅によってより多くのエネルギーを生み出すことができるのです。」

しかし、これらの理論はすべて、特定の種類の暗黒物質にのみ有効です。「暗黒矮星が存在するためには、暗黒物質はWIMP、つまり相互作用して目に見える物質を生成できる質量の大きい粒子で構成されている必要があります」とサクスタイン氏は述べています。アクシオン、ステライルニュートリノ、微弱な超軽量粒子といった他の理論は、望ましい効果を生み出すには軽すぎます。相互作用して自己消滅し、目に見えるエネルギーに変換できる質量の大きい粒子だけが、暗黒矮星に十分なエネルギーを供給できるのです。

しかし、この仮説が妥当であるためには、暗黒矮星を特定するための特別な方法が必要です。そこでサクスタイン氏と同僚は、リチウム7という特徴的な元素を提案しています。この元素は通常の恒星では非常に速く燃焼し、すぐに消滅します。「暗黒矮星のように見える天体を見つけたら、リチウム7の痕跡を調べることができます。もしそれがまだ残っているなら、それは褐色矮星などではないはずです」とサクスタイン氏は説明します。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などの現代の観測機器は、すでに暗黒矮星のような極低温の天体を検出できると考えられています。しかし、サクスタイン氏は異なるアプローチを提案しています。「もう一つの選択肢は、集団全体を観察し、その特徴をより正確に把握するために、さらに暗黒矮星の集団を追加すべきかどうかを統計的に検討することです。」

今後数年間で科学者が1つ以上の暗黒矮星を特定した場合、それは暗黒物質がWIMPで構成されているという仮説を裏付けるのに十分でしょうか？「かなり強力です」とサクスタイン氏は言います。「アクシオンのような軽い暗黒物質の候補では、暗黒矮星のようなものは見つからないと思います。それらは恒星の内部に蓄積されません。もし暗黒矮星が発見されれば、暗黒物質が質量を持ち、それ自体とは強く相互作用するが、標準モデルとは弱くしか相互作用しないという強力な証拠となるでしょう。これにはWIMPや一部のエキゾチックなモデルも含まれます。」

しかし、彼はまた、暗黒矮星の発見は必ずしも暗黒物質がWIMPであることを意味するわけではなく、WIMPであるか、WIMPとよく似た挙動を示す別の形態の物質である可能性があると指摘した。

この仮説が確認されれば、新たな研究の方向性が開かれ、宇宙最大の謎の一つが解明される可能性がある。

ラ・ケ（サイテック・デイリーによると）

出典: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203