[論文レビュー] Do mirror planets exist in our solar system?

R. Foot, З. К. Силагадзе|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2001

Astro and Planetary Science参考文献 60被引用数 40

ひとこと要約

この論文は、鏡物質からなる仮説的な天体（鏡惑星）が太陽系内に存在しうるかを調査し、長周期彗星やネメシス仮説の異常を説明できる可能性を提案している。このような物体が存在する場合、重力レンズ効果や惑星の軌道の摂動といった間接的効果によって検出可能となる可能性がある。

ABSTRACT

Mirror matter is predicted to exist if parity is an unbroken symmetry of nature. Currently, there is a large amount of evidence that mirror matter actually exists coming from astrophysics and particle physics. One of the most fascinating (but speculative) possibilities is that there is a significant abundance of mirror matter within our solar system. If the mirror matter condensed to form a large body of planatary or stellar mass then there could be interesting observable effects. Indeed studies of long period comets suggest the existence of a solar companion which has escaped direct detection and is therefore a candidate for a mirror body. Nemesis, hypothetical "death star" companion of the Sun, proposed to explain biological mass extinctions, may potentially be a mirror star. We examine the prospects for detecting these objects if they do indeed exist and are made of mirror matter.

研究の動機と目的

• 鏡物質が太陽系内での惑星的天体を形成する理論的・観測的妥当性を評価すること。
• 鏡惑星が長周期彗星や提案されたネメシス同伴天体といった未解明の現象を説明できるかどうかを評価すること。
• 重力レンズ効果や軌道の摂動といった、鏡物質の検出可能なシグネチャを検討すること。
• 鏡物質が太陽系の文脈においてダークマター候補として実現可能かどうかを検証すること。

提案手法

• 仮説的な鏡惑星が長周期彗星や太陽系天体の軌道に及ぼす重力的効果を分析すること。
• パリティを保存するゲージ対称性を有する鏡物質理論を適用し、鏡粒子が通常物質と重力以外の力でほとんど相互作用しないことを利用する。
• 微小レンズ効果の予測を用いて、将来的なミッション（例：宇宙干渉計ミッション（SIM））による検出可能性を推定し、角エインシュタイン半径の式：$\varphi_E \approx 90~{}\mathrm{mas}~{}\sqrt{\frac{M_N}{M_\odot}}~{}\sqrt{\frac{1~{}\mathrm{pc}}{D_N}}$ を用いる。
• アポロ14ミッションの月の球状微粒子データを評価し、26 Myrのネメシス軌道に一致する周期的なクレーター形成イベントがあるかを検証すること。
• ニュートリノ振動のデータ（例：太陽ニュートリノや大気ニュートリノの異常）を、鏡物質の存在を間接的に示す証拠として評価すること。
• 光子-鏡光子の運動エネルギー混合およびヒッグス混合を通じた通常物質と鏡物質の相互作用をモデル化すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 鏡惑星は観測された長周期彗星の集積とその軌道力学を説明できるか？

主な発見

• アポロ14ミッションの球状微粒子データから観測された0.4 Gyrの月のクレーター形成レートの急増は、ネメシス仮説と整合的であり、26 Myrの公軌道をもつ摂動を受ける鏡同伴天体によって説明可能である。
• 太陽質量の鏡惑星（例：ネメシス）による微小レンズ効果の角エインシュタイン円環半径は、1 pcの距離で約90 masと推定され、SIMミッションの約10 masの分解能で解像可能である。
• 最大の$\nu_e \to \nu'_e$振動によって、鏡物質は太陽ニュートリノ欠如を説明でき、fluxを約50％まで低下させ、実験データと整合的である。
• スーパーカミオカンデで観測された大気ニュートリノの非対称性は、鏡ニュートリノフレームワークにおける最大の$\nu_\mu \to \nu'_\mu$振動によって説明可能である。
• 鏡物質はビッグバン核合成と整合的であり、標準模型に比べて初期元素の豊度のフィットを改善する可能性がある。
• 目に見えないとしても、鏡惑星は微小レンズ効果や重力的摂動によって検出可能であり、仮説は観測的に検証可能である。