ビッグバンの後、もう一つのダークバンがありました…

これはハッブル宇宙望遠鏡が撮影した銀河団 Cl0024+1654 の写真で、暗黒物質は青で示されています。

はじめに: 暗黒物質の謎は常に科学者を困惑させてきました。最近、一部の物理学者は、暗黒物質は別の宇宙の「ビッグバン」で形成されたと提唱している。この理論が確認されれば、初期宇宙に対する私たちの見方が変わる可能性がある。

今日の天文学者は一般的に、宇宙はビッグバンから始まったと信じています。約137億年前、非常に高温で高密度の放射線の点が突然爆発し、今日私たちが知っている宇宙が誕生しました。

しかし、このビッグバンは宇宙を創造した唯一の出来事なのでしょうか?一部の物理学者は、ビッグバンの後に、宇宙の謎の暗黒物質の起源を説明できるもう一つの「ダーク・ビッグバン」が起こるかもしれないという大胆な考えを提唱している。

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目に見えない暗黒物質

暗黒物質は、直接観察できず、光を放射も反射もしないタイプの物質です。しかし、他の物質に対する重力の影響を観察・分析することで、科学者たちは宇宙に暗黒物質が存在し、その量は膨大で、宇宙の全物質の約85％を占めていると考えています。

暗黒物質は銀河の形成と運動に重要な影響を及ぼし、天文学者が宇宙の構造と進化を研究するための重要な手がかりでもあります。しかし、暗黒物質の性質と起源は謎のままです。

ビッグバンの模式図

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ビッグバンの後にダークバンは起こりますか？

昨年2月に提出された論文「ダークマターとダークビッグバンからの重力波」の中で、アメリカの科学者キャサリン・フリーズ氏とスウェーデンの科学者マルティン・ヴォルフガング・ウィンクラー氏は「ダークビッグバン」理論を提唱した。

2人の科学者は米国のミシガン大学とスイスのストックホルム大学の出身です。その中で、キャサリン・フリッツは暗黒物質研究における世界的リーダーです。彼らの理論によれば、「ダークビッグバン」は暗黒物質と暗黒放射線の起源である可能性がある。

二人の科学者の「ダークビッグバン」理論は、ダークビッグバンは最初のビッグバンの後のいつかに起こったと主張している。彼らはまた、「ダーク・ビッグバン」は暗黒物質と暗黒エネルギーで構成されたいわゆる「ダークセクター」で発生したと信じている。ある時点で、この暗黒領域は相変化を起こし、暗黒真空エネルギーを高温の暗黒粒子プラズマに変換した可能性があります。

彼らの論文によれば、暗黒物質はダークビッグバンの間にさまざまな方法で生成された可能性がある。一つの可能​​性は、暗黒物質の粒子が互いを食い尽くす、いわゆる「暗黒物質共食い」である。もう一つの可能​​性は、暗黒物質の粒子が対になって消滅し、その後「熱凍結」と呼ばれる冷却段階を経るというものです。

研究者らはまた、暗黒物質の爆発には一定の制限があることも発見した。もしそれが早すぎる時期に起こったなら、今では暗黒物質が多すぎることになるだろう。もしそれが遅すぎたなら、現在では暗黒物質は少なすぎるだろう。しかし、ダークビッグバンが宇宙が誕生してから1か月も経っていないときに起こったとしたら、それは既知のすべての観測結果と一致することになる。

パルサーを使って重力波を検出する概略図

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新しい理論を検証するのは簡単ではない

ダークビッグバンイベントによって生成されたダークマターを直接的にも間接的にも検出することは困難であることが確認されているものの、フリーズ氏とウィンクラー氏は依然として、ダークビッグバンが独特の重力波信号を生成する可能性があると考えています。重力波は時空のさざ波であり、現在も宇宙全体に波及し続けています。これは、ダークビッグバン理論が将来、重力波の助けを借りて検証される可能性があることを意味します。

しかし、論文の著者2人は、現在の重力波検出器の感度はダークビッグバンの重力波信号を検出するには不十分であるとも認めた。しかし、「パルサータイミングアレイ」実験と呼ばれる、遠方のパルサーを使用する別のタイプの重力波検出器でも同じことができるかもしれない。

参考情報:

https://thedebrief.org/dark-big-bang- Theory-argues-a-second-cosmological-origin-event-could-help-resolve-dark-matter-mystery/

https://www.livescience.com/a-dark-big-bang-may-have-flooded-the-universe-with-invisible-matter-new-study-proposes

企画：張超、李培源、楊劉

レビュー者: 北京天文館研究司書 Li Xin