ダークマターは「シャドウライフ」を生み出すことができますか?

2018-02-08
バリオン物質が生命を創造するすべての楽しみを持つようになると誰が言いますか?ファンシー/ビア/コービス/ゲッティイメージズ

私たちの宇宙の大部分の質量は目に見えません、そしてしばらくの間、物理学者はこのとらえどころのない「もの」が何であるかを理解するために本当に一生懸命に努力してきました。ある種の粒子であると仮定すると、大型ハドロン衝突型加速器が暗黒物質粒子を生成するか、宇宙望遠鏡が暗黒物質粒子の衝突の明らかなガンマ線テルテールサインを検出する可能性があるという期待があります。しかし、これまでのところ、ヒントはほとんどありません。理論物理学者に新しいアイデアを考えさせる問題。

Nautilusのための心を曲げ2017論説、有名な理論物理学者リサ・ランドールはダークマターのためのより極端な可能性の一つに掘り下げ。暗黒物質を一種の粒子として考えるのではなく、暗黒物質は、暗い星、暗い銀河、暗い惑星、そしておそらく暗い生命を作り出す粒子のファミリー全体で構成されているのでしょうか?この暗い宇宙の化学は、私たちの「通常の化学」と同じくらい豊かで多様である可能性があります。

しかし、まだこれらの「ダークエイリアン」との接近遭遇に興奮することはありません。

暗黒物質の問題

私たちの宇宙は素晴らしいですが、混乱する場所です。

過去数十年の間に、私たちは宇宙の物質の84.5パーセントが目に見えないことに気づきました。かなり厄介な「暗黒物質」というあだ名を考えると、このようなものは「通常の」物質と相互作用しない状態で存在します。 「ダークエネルギー」のように、私たちがそれらが何であるかを理解していないので、これらのものは「ダーク」です。

机の上に暗黒物質の塊が座っていたら、それがそこにあったことを知る方法はありません。実際、暗黒物質の塊は私の机の上にまったく「座る」ことができませんでした。それは机と床を通って地球の地殻に落ち、私たちの惑星の中心にある重力井戸に向かって加速します。または、不可解に宇宙にズームアウトする可能性があります。暗黒物質は非常に弱く相互作用しているので、塊はそこにさえないかのようにすべての通常の物質を通過します。

小規模では、暗黒物質の重力効果はごくわずかですが、宇宙論的な距離では、暗黒物質の存在が最も確実に感じられます。暗黒物質は、銀河団への重力の影響と銀河のスピンへの影響から間接的に観察できます。だから私たちそれがそこにあることを知っています、私たちはそれを見ることができません。

しかし、理論はありますが、「それ」が何であるかはわかりません。

通常の物質(別名バリオン物質)は、電磁力、重力力、弱い核力、強い核力を介して相互作用します。これらの力はエネルギーを伝達し、すべての物質の構造を提供します。一方、暗黒物質は通常、電磁力、弱い力、または強い力を介して相互作用できない「もの」の無定形の雲と見なされます。したがって、暗黒物質は「非バリオニック」であると想定されます。(暗黒物質のバリオン源を示唆するいくつかの理論がありますが、特にMACHO、または巨大なコンパクトハローオブジェクトです。十分な量の物質が凝集している場合にのみ、非バリオン物質の重力効果を観察できます。

暗黒物質探索の主要な候補は、適切に名付けられたWIMPです。これは、弱く相互作用する巨大粒子の頭字語です。その名前が示すように、この架空の粒子は通常の物質と相互作用しません—したがって、それは非バリオニックです。

確立された宇宙論モデルは、暗黒物質(WIMPまたは「アクシオン」のような他の形式)が私たちの宇宙構造を与え、通常、私たちの宇宙をまとめる「接着剤」として過度に単純化されることを予測します。膨張する3Dウェブのように凝集し、暗黒物質は銀河の進化に影響を与えます。ストリング上のビーズのように、これらの暗黒物質は、重力によって通常の物質を銀河団に集め、その間に巨大な空のボイドがあります。

天文学者のヴェラ・ルービンは、銀河のスピンを観察しているときに、銀河のほとんどの物質が見えないことに最初に気づきました。星、ガス、塵として見えるのはごくわずかです。残りは、大きくても見えない暗黒物質のハローに収められています。それはまるで私たちの目に見える普通の物質の銀河が、私たちが見ることができるものの境界をはるかに超えて伸びる巨大な暗黒物質の輪のホイールキャップにすぎないかのようです。

2013年にランドールと彼女のチームによって発表された研究、暗黒物質のより複雑なビューが調査されたと私たちの目に見える銀河の中に埋め込まれていることを、この巨大な「暗い銀河」に適用される。このビューでは、私たちの銀河の暗黒物質のハローが構成されていません非バリオン物質のたった1つのタイプの無定形の塊の。

「暗黒物質のすべてが1種類の粒子だけで構成されていると仮定するのは非常に奇妙に思えます」とランドールは論説に書いています。「...偏見のない科学者は、暗黒物質が通常の物質ほど面白くなく、必然的に私たちのものと同様の物質の多様性を欠いていると想定すべきではありません。」

豊かな「影の宇宙」?

私たちの目に見える宇宙が物理学標準モデルによって支配されているように—十分にテストされた粒子のファミリー(有名なヒッグス粒子を含む)と力は、暗黒物質粒子と暗黒力の豊富で多様なモデルがこの暗い銀河ハローで機能する可能性がありますか?

この研究は、暗いセクターに未知の物理学が豊富にあると仮定する論理的な道をたどります。宇宙が存在する可能性があります。これを「シャドウユニバース」と呼びましょう。これは、私たち自身と並行して存在し、目に見える宇宙のすべての複雑さを備えています。提供する必要がありますか?

天体物理学者は過去に、「暗黒星」(暗黒物質でできた星)が私たちの原始宇宙に存在していて、今日まで続くかもしれないと仮説を立てました。この場合、ランドールは、おそらく「暗い惑星」も形成された可能性があると主張します。次に、彼女はこの考えをさらに一歩進めます。暗黒物質粒子のファミリーがあり、暗黒セクターでのみアクセス可能な力によって支配されている場合、この領域にも複雑な化学作用があるのでしょうか。もしそうなら、生命はあるのでしょうか?

しかし、私たちの宇宙と平行してその日々を生きている「影の生命」があれば、それを検出するという希望を忘れることができます。

「あなたは暗黒物質の生命がどれほどかわいいかわからない-そしてあなたはほぼ確実にそうすることはないだろう。」
理論物理学者のリサ・ランドール、ノーチラスで執筆

影の生命は影にとどまる

この仮説を使用して、日常の謎や、科学では確認できない超常現象の主張を説明したくなるかもしれません。「幽霊」または不可解な「空の光」が、これらの暗い生き物が私たちの領域で彼らの存在を感じさせているとしたらどうでしょうか?

これは楽しいサイエンスフィクションのストーリーに役立つかもしれませんが、暗い生き物は、通常の問題とはまったく相容れない影の宇宙に住んでいます。それらの粒子と力は私たちの宇宙に影響を与えません。とどろく暗黒物質の生態系の生き物でいっぱいの暗黒物質の熱帯雨林の奥深くにこの記事を入力することもできますが、私には手がかりがありません。

しかし、同じ時空でこのシャドウユニバースと共存するため、追加の次元や複数のユニバースは必要ありません。転送できる信号1つです。

重力波は2016年にのみ発見され、時空におけるこれらの波紋の最初の検出はブラックホールの衝突によって引き起こされました。重力波が私たちの宇宙だけでなく暗いセクターでも検出されることはもっともらしいようですが、ここでは暗いセクターで最も強力な宇宙イベントのみが検出されます。

要するに、かわいい暗黒物質の生き物の存在を証明することはほぼ確実ではありませんが、ランドールは重要なポイントを示しています。暗黒物質の源を想像するとき、私たちは暗黒物質が単純な粒子であるという私たちの偏見を超えて移動するのが賢明でしょう。それは、私たちが想像できる以上の暗黒物質粒子と力の複雑なファミリーを表す可能性があります。

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