重力波は中性子星をブラックホールに変える暗黒物質を明らかにする可能性 – Physics World

インドの理論物理学者チームは、中性子星をブラックホールに変える際に暗黒物質が果たせる役割が重力波によって明らかになる可能性があることを示した。

ダークマターは、銀河や銀河団などの大規模構造の奇妙な挙動、つまり重力だけでは説明できない挙動を説明するために持ち出された、仮説上の目に見えない物質です。

存在する場合、暗黒物質は重力を介して通常の物質と相互作用するはずです。 しかし、いくつかのモデルは、暗黒物質は非常に弱い非重力相互作用を通じて通常の物質と相互作用する可能性もあると予測しています。

弱いけど十分

「非重力相互作用は、[暗黒物質粒子]が陽子や中性子と何らかの相互作用を持つことが期待されることを意味します。」 スラニャ・バタチャリヤ 言われ 物理学の世界。 バタチャリヤ氏はムンバイのタタ基礎研究所の大学院生で、「これらの相互作用は非常に弱いかもしれないが、暗黒物質の粒子が中性子星の内部に捕捉されるには十分かもしれない」と付け加えた。

中性子星は、超新星として爆発した大質量星の高密度の核の残骸です。 それらは非常に小さく、直径はおそらく十数キロメートルですが、質量は太陽よりも大きいです。 中性子星の中心は非常に密度が高いため、通常の物質と暗黒物質の間の相互作用の確率が高まる可能性があります。

中性子星が持つことができる理論上の最大質量は太陽質量の 2.5 倍ですが、実際にはほとんどの星ははるかに小さく、太陽質量約 1.4 倍です。 太陽質量の2.5倍を超える中性子星は重力崩壊を起こしてブラックホールを形成します。

ギャップを閉じる

恒星質量ブラック ホールは、超新星 (大きな星の爆発) から直接形成されることもありますが、理論的モデリングでは、ブラック ホールは 2 ～ 5 太陽質量では存在しないはずであると示唆されています。 最近まで、これは観察証拠によって裏付けられていました。 しかし、2015年以降、ブラックホール対の合体による重力波の観測により、この質量ギャップ内にブラックホールが存在することが明らかになった。

たとえば、 GW 190814 は、2019 年に検出された重力波イベントで、太陽質量 2.50 ～ 2.67 の天体が関与しました。 もう一つの謎の出来事は、 GW 190425も2019年に検出され、結合した天体の質量は太陽質量3.4倍でした。 これは、既知の連星中性子星系よりも実質的に高い総質量です。

現在、バタチャリヤは彼女の上司です バスデブ・ダスグプタ、プラス ランジャン・ラハ インド科学大学の アヌパム・レイ カリフォルニア大学バークレー校の博士らは、中性子星の核内に暗黒物質が蓄積すると、崩壊して小型ブラックホールになるまで核の密度が増加すると示唆した。 その後、このブラックホールは成長し、中性子星を飲み込みます。 その結果、予想よりも小さな質量を持つブラックホールが誕生するでしょう。 そして、このような低質量ブラックホールの検出は、暗黒物質の興味深い証拠となるでしょう。

「天体物理学的にエキゾチック」

「これらのコンパクトな天体は、天体物理学的にエキゾチックなものになるでしょう」と、この仮説を説明した論文の筆頭著者であるバタチャリヤ氏は言う。 Physical Review Lettersに。 彼らの論文では、GW 190814 と GW 190425 は、暗黒物質の助けを借りて作られたブラックホールが関与した可能性がある合体であるとされています。

中性子星から変換されたブラックホールが存在するかどうかにかかわらず、バタチャリヤ氏は、それらを探索することで「暗黒物質と核子との相互作用にいくつかの重大な制約」が与えられると述べている。 その結果、観察される合体の数が増えることで、物理学者は暗黒物質のさまざまなモデルを評価できるようになる可能性がある。

暗黒物質によって動かされる星がJWSTによって観測された可能性がある  

もう一つの可能​​性は、GW 190814 と GW 190425 で観測された低質量天体は、ビッグバンの直後に形成された原始ブラックホールであるということです。 しかし、いくつかの理論は、原始ブラックホールが暗黒物質の構成要素である可能性を示唆しているため、合体を研究することで暗黒物質の性質についてさらに詳しい情報が得られる可能性があります。

実際、重力波を使用して暗黒物質の証拠を探す主な利点は、暗黒物質と通常の物質とのかすかな非重力相互作用を検出するための最も高感度な手段であることです。

重力波の観測には、暗黒物質の直接検出を目的とした実験を制限する「ニュートリノフロア」が適用されないためだ。 このフロアは、ニュートリノが、次のような暗黒物質検出器におけるバックグラウンドノイズの重要な発生源であるという事実に言及しています。 ルクス・ゼプリン.

「私たちが提案する方法は、露出と検出器の感度が限られているため、地上の検出器では到達できない地域を調査することができます」とバタチャリヤ氏は言います。

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/gravitational-waves-could-reveal-dark-matter-transforming-neutron-stars-into-black-holes/