申し訳ありませんが、スティーブン、ダークマターは小さなブラックホールではありません

有名な物理学者であるスティーブンホーキングは、1974年に暗黒物質(宇宙のすべての85%を占める神秘的な「何か」)が、物質の最古の時代に形成された小さなブラックホールになると予測しました。 ハワイのスバル望遠鏡で天文学者によって行われた新しい研究は、ブラックホールの周りの領域のこれまでにない詳細な写真の発表の前夜に来て、彼が特徴的ではなく、間違っていたことを示しました。

ホーキングは、直径が1ミリ(1/25インチ)未満のブラックホールは銀河のグループをまとめる重力を説明し、天の川を含む銀河の回転速度を変化させると仮定しました。

アンドロメダ銀河は、私たちの天の川のように、暗黒物質の故郷です—それが何であるか私たちは知らないだけですが、今はそれが何でないかについてより良い考えを持っています。 画像クレジット:Kavli IPMU

ダークマターのすべての可能性

暗黒物質は、見えない、放射線を放出しないが、銀河をグループにまとめるのに十分な重力を提供し、これらの恒星系の郊外にある物体の回転速度を駆動する何かを説明します。 銀河間の暗黒物質の証拠は、1933年に天文学者フリッツズウィッキーによって最初に観察され、1970年代には、銀河内の暗黒物質の存在がベラルービンによって検出されました。 それ以来、天文学者や天体物理学者は暗黒物質の性質に戸惑い、私たちはそれがそうでないものよりも何であるかについてあまり知らない。

「暗黒物質は、おそらく褐色矮星であり、燃え始めるのに必要な質量がなかったために点火されなかった「失敗した」星である可能性があります。 暗黒物質は、白い小人、死んだ小中型の星の核の残骸である可能性があります。 または、暗黒物質は、中性子星またはブラックホール、爆発後の大きな星の残骸である可能性があります。」NASAは暗黒物質の説明で説明しています。

しかし、おそらくそうではない…

ただし、これらの各アイデアには問題があります。 暗黒物質が目に見える物体に及ぼす途方もない重力の影響を説明するのに十分な白または茶色の小人はおそらくいないでしょう。 中性子星とブラックホールは非常にまれです。 暗黒物質がエキゾチックな亜原子粒子である可能性はありますが、これらの粒子を検出するための注意深い実験はこれまでのところ空になっています。 フェルミ宇宙望遠鏡は、エキゾチックな暗黒物質粒子の衝突から生じるガンマ線の放出を検出できるはずですが、その調査もまた実を結ばなくなっています。

これらのミニチュアブラックホールが存在する場合、それらは周囲のスペースを曲げ、遠くの星からの光を湾曲させ、高温の歩道に太陽の焦点を合わせるレンズのように明るくなると予想されます。 ブラックホールが移動すると、遠くの星が暗くなります。 研究者たちは、すばる望遠鏡を使用してアンドロメダ銀河の星からの光を調べ、この増光と減光を探しましたが、ホーキングが予測した量にはそのような原始ブラックホールが存在しないことを示す予測された効果は見られませんでした。

アンドロメダ銀河の星からの重力レンズ効果が原始ブラックホールの存在を明らかにすることが期待された方法を示す図。 画像クレジット:Kavli IPMU

これらの重力レンズ効果イベントの1つを表示するには、星と原始ブラックホールを地球に対して位置合わせする必要があります—まれな位置合わせで、数分から数時間の間続く期間だけ続くと予想されます。 アンドロメダ銀河全体を一度に画像化できる、すばる望遠鏡のハイパースプリムカムを使用して、これらのイベントが発生する可能性を最大化しました。

すばる望遠鏡の主な焦点に取り付けられたハイパープライムカム(HSC)。 画像クレジット:すばる望遠鏡

実験

「ある晴れた夜に7時間以上にわたって撮影されたアンドロメダ銀河の190枚の連続した画像から、チームは潜在的な重力レンズ現象のデータを精査しました。 暗黒物質が特定の質量の原始ブラックホールで構成されている場合、この場合は月よりも軽い質量であり、研究者たちは約1000のイベントを見つけると予想していました。 しかし、綿密な分析の結果、1つのケースしか特定できなかった」と研究者たちは、すばる望遠鏡のプレスリリースで報告した。

これらの結果は、原始ブラックホールがすべての暗黒物質の0.1%しか上昇しない可能性があることを示唆しています。 暗黒物質が何であれ、答えはミニチュアブラックホールではないようであり、この物理学の大きな謎はそのまま残されています。