巨大なコンパクトハロー天体

巨大コンパクトハロー天体（MACHO ）は、銀河ハローにおける暗黒物質の存在を説明できる可能性のある天体の一種である。MACHOは放射線をほとんどまたは全く放出せず、いかなる惑星系にも関連せずに星間空間を漂う天体である（通常のバリオン物質で構成されているかどうかは不明である）。MACHOは発光しないため、検出が困難である。MACHOの候補には、ブラックホールや中性子星のほか、褐色矮星や惑星系に関連しない天体などがある。白色矮星や非常に暗い赤色矮星もMACHOの候補として提案されている。この用語は天体物理学者キム・グリーストによって造られた。[ 1 ]

検出

MACHOは、恒星の前またはほぼ前を通過する際に検出されることがあります。MACHOの重力によって光が曲げられ、恒星が明るく見える現象は重力マイクロレンズ効果として知られています。いくつかの研究グループは、マイクロレンズ効果による光の増幅を観測することでMACHOを探索してきました。これらの研究グループは、質量がMACHO の質量は、 1 × 10 −8太陽質量(0.3 月質量) から 100 太陽質量まで様々である。MACHO コラボレーションというグループは 2000 年に、平均質量が約 0.5太陽質量である MACHO が多数存在することが予測されるほどのマイクロレンズ効果を発見したと主張した。これは、銀河系の暗黒物質のおそらく 20% を占めるのに十分な質量である。[ 2 ]これは、MACHO が同様の質量を持つ白色矮星または赤色矮星である可能性があることを示唆している。しかし、赤色矮星と白色矮星は完全に暗いわけではなく、ある程度の光を発するため、ハッブル宇宙望遠鏡と固有運動の探査 によって探すことができる。これらの探査により、これらの天体が銀河系の暗黒物質のかなりの部分を占めている可能性は排除されている。別のグループである EROS2 コラボレーションは、MACHO グループによる信号の主張を確認していない。彼らは、感度を2倍高くしても、十分なマイクロレンズ効果は発見できなかった。[ 3 ]ハッブル宇宙望遠鏡のNICMOS装置を用いた観測では、ハロー質量の1%未満が赤色矮星で構成されていることが示された。[ 4 ] [ 5 ]これは、暗黒物質ハロー質量の無視できるほどのごくわずかな割合に相当する。したがって、赤色矮星や白色矮星のMACHOでは、質量の消失問題は解決されない。[ 6 ]

種類

MACHO にはブラックホールが含まれると考えられる場合もあります。周囲に物質のない孤立したブラックホールは、光を放射せず、照射された光は吸収されて反射されないため、真の黒です。ブラックホールは、その周囲に形成される明るいガスと塵のハローが、ブラックホールの重力によって引き寄せられる降着円盤として検出される場合があります。このような円盤はガスのジェットを発生させ、ブラックホールに吸収されきれないため、ブラックホールから噴出します。ただし、孤立したブラックホールには降着円盤はなく、重力レンズ効果によってのみ検出可能です。宇宙学者は、非直接崩壊型ブラックホールが銀河の孤立した地点にあるため、暗黒物質の大部分を占めるかどうか疑念を抱いています。失われた質量の最大の要因は、重力とバランスをとるために銀河全体に広がっているはずです。チャップリンやラフリンを含む少数の物理学者は、広く受け入れられているブラックホールのモデルは間違いであり、新しいモデルであるダークエネルギー星に置き換える必要があると考えています。提案された新しいモデルの一般的なケースでは、ダークエネルギーの宇宙分布はわずかに不均一であり、原始的なタイプのダークエネルギー星は MACHO の候補となる可能性があります。

中性子星はブラックホールとは異なり、完全に崩壊するほど重くはなく、代わりに中性子物質と呼ばれる原子核に似た物質を形成します。十分な時間が経過すると、これらの星は十分なエネルギーを放射して冷え、暗すぎて目に見えなくなる可能性があります。同様に、古い白色矮星も冷えて死滅し、最終的には黒色矮星になる可能性がありますが、宇宙は星がこの段階に達するほど 古くはないと考えられています。

褐色矮星もMACHO候補として提案されている。褐色矮星は、重力によって崩壊した後、核融合を開始するのに十分な質量を持たないため、「失敗した星」と呼ばれることもある。褐色矮星の質量は木星の約13倍から75倍である。褐色矮星を形成する物質の収縮によって加熱されるため、赤外線波長で弱く光るだけになり、検出が困難である。小マゼラン雲と大マゼラン雲の方向における重力レンズ効果の調査では、褐色矮星が暗黒物質のかなりの部分を占めている場合に予想されるほどの数と種類のレンズ効果は検出されなかった。[ 7 ]

理論的考察

理論的研究によれば、古代の MACHO では、現在宇宙に存在すると考えられている大量の暗黒物質を説明できない可能性が高いことも示されている。[ 8 ]現在理解されているビッグバンでは、十分な数の重粒子が生成されず、観測されている元素の存在量（[ 9 ]重水素の存在量を含む）と矛盾することはないだろう。[ 10 ]さらに、宇宙マイクロ波背景放射と銀河の大規模構造の両方における重粒子音響振動の個別の観測により、物質の総量に対する重粒子の比率に制限が課せられている。これらの観測から、MACHO の有無にかかわらず、非バリオン物質が大量に必要であることがわかっている。[ 11 ]しかし、原始ブラックホールなどの MACHO 候補は、非バリオン物質（初期ビッグバンのバリオン以前の時代から）で形成される可能性がある。[ 12 ]

参照

参考文献

  1. ^クロスウェル、ケン (2002). 『真夜中の宇宙』サイモン＆シュスター165ページ.
  2. ^ C. Alcock et al., MACHOプロジェクト：LMC観測5.7年間のマイクロレンズ効果の結果. Astrophys. J. 542 (2000) 281-307
  3. ^ P. Tisserand他「 EROS-2マゼラン雲探査による銀河ハローのマッハ含有量の限界」、2007年、 Astron. Astrophys. 469, 387-404
  4. ^ Graff, DS; Freese, K. (1996). 「ハッブル宇宙望遠鏡による赤色矮星探査の解析：銀河ハローにおけるバリオン物質の限界」.アストロフィジカルジャーナル. 456 (1): L49-L53. arXiv : astro-ph/9507097 . Bibcode : 1996ApJ...456L..49G . doi : 10.1086/309850 . S2CID 119417172 . 
  5. ^ Najita, JR; Tiede, GP; Carr, JS (2000). 「恒星から超惑星へ：若い銀河団IC 348*における低質量初期質量関数」. The Astrophysical Journal . 541 (2): 977– 1003. arXiv : astro-ph/0005290 . Bibcode : 2000ApJ...541..977N . doi : 10.1086/309477 . S2CID 55757804 . 
  6. ^ Monroy-Rodríguez, Miguel A.; Allen, Christine (2014-07-17). 「マッチョ時代の終焉、再考：ハローワイド連星系におけるマッチョ質量の新たな限界」. The Astrophysical Journal . 790 (2): 159. arXiv : 1406.5169 . Bibcode : 2014ApJ...790..159M . doi : 10.1088/0004-637x/790/2/159 . ISSN 0004-637X . 
  7. ^ポール・ギルスター (2009年4月22日). 「遍在する褐色矮星：ダークマターの解決策？」 centauri-dreams.org . 2019年1月10日閲覧。
  8. ^キャサリン・フリーズ、ブライアン・フィールズ、デビッド・グラフ、 [1]私たちのハローの暗黒物質としての恒星オブジェクトの制限：非バリオン暗黒物質が必要であると思われる。
  9. ^ブライアン・フィールズ、キャサリン・フリーズ、デイヴィッド・グラフ、 [2] ハロー暗黒物質としての白色矮星の化学的存在比による制約、アストロフィズス誌534:265-276、2000年。
  10. ^アルノン・ダール「ダークマターとビッグバン元素合成」アストロフィズス誌、449 (1995) 550
  11. ^ Wayne Hu (2001). 「音響ピークと分極の中級ガイド」 .
  12. ^バーナード・カー (2020). 「QCD時代の原始ブラックホール：暗黒物質、バリオン生成、そして人類選択の関連性」. arXiv : 1904.02129 [ astro-ph.CO ].
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