ダークマターの正体は「原始ブラックホール」じゃないかもしれない

「ダークマター」の正体は未知の素粒子かもしれません。

東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構 (Kavli IPMU)は、すばる望遠鏡に搭載された「超広視野主焦点カメラ(HSC)」で得られたアンドロメダ銀河のデータを解析したところ、ダークマターは「原始ブラックホール」ではない可能性が高まったと発表しました。

研究の詳細は、4月1日付けで「Nature Astronomy」に掲載されています。

「重力レンズ効果」で原子ブラックホールを探索

宇宙には、存在する物質のおよそ5倍もの総量に当たるダークマターがあるとされています。もしダークマターがなければ、宇宙の星たちはバラバラに飛んで行ってしまうのです。ダークマターのおかげで星たちはあっちこっちに飛んで行かず、銀河の中にとどめ置かれるわけなんですね。

ただこんな重要な役目を持ちながらも、その正体はいまだによくわかっていません。候補として挙がっているのは「未発見の素粒子」説、それから宇宙が高温・高密度だった初期時代に形成されたかもしれない「原始ブラックホール」説です。

「原始ブラックホール説」は、1970年代にホーキング博士が主張したもので、例えば月の重さ(太陽の2700万分の1)より軽い原始ブラックホールがダークマターである、という可能性はまだ否定されていませんでした。

そこで、Kavli IPMUの研究チームは、この真相を確かめるためにHSCを使って、天の川銀河とアンドロメダ銀河の間にある星およそ9000万個を同時測定しました。というのも、2つの銀河間にあるダークマターがもし原始ブラックホールであるなら、「重力レンズ効果」によって星の明るさに特徴的な変化が見られるはずだからです。

「重力レンズ効果」とは次のようなもの。

原始ブラックホールがアンドロメダ銀河の手前を横切って、HSCの視線方向にほぼ一直線上に並んだときに起こります。要するに、原始ブラックホールがアンドロメダ銀河の星に近づくと、重力のせいで星は明るく見え、また遠ざかると暗くなるというわけです。

下の画像のように、原始ブラックホールが近づくと、星が明るく見えるはずなんですね。アンドロメダ銀河の中心からやや左側に、1つだけ明るくなっている星がそれです。

月の重さ程度の原始ブラックホールの場合、星の明るさの時間変動は、原始ブラックホールの動く速度にしたがって、およそ10分〜数時間にかけて起こるとのこと。これは、自ら明るさを変える変光星に比べて、短い時間変動です。

そして得られたデータを分析してみると、およそ1万5000個の明るさを変える星が発見されました。しかし、この中で重力レンズ効果の候補となる星はたった1個しかありませんでした。

事前の予測では、ダークマターが原始ブラックホールであれば、1000個程度の重力レンズ効果が発見されるはずでした。この1個が原子ブラックホールだとしても、その総量はダークマターの0.1%程度でしかないのです。

この結果から、ダークマターは原子ブラックホールではない可能性がかなり高まったようです。やはりダークマターは未知なる物質であるみたい…一体ナニモノなのでしょうか？

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