[論文レビュー] Mirror dark matter discovered?

З. К. Силагадзе|arXiv (Cornell University)|Aug 19, 2008

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 33被引用数 20

ひとこと要約

この論文は、通常の物質に対して対称な仮説的な粒子であるミラー暗黒物質が、銀河団衝突における暗黒物質の行動に関する矛盾する観測を統一的に説明できる可能性を提唱している。ミラー物質の力学を用いて、衝突後に残るボルト・クラスタの非衝突的暗黒物質と、アベル520の自己相互作用的挙動を説明し、ミラープラズマ内の衝撃波が暗黒物質の輪を形成し、非衝突的進化を可能にすることで、多様な暗黒物質現象を統一的に説明する。

ABSTRACT

Recent astrophysical data indicates that dark matter shows a controversial behaviour in galaxy cluster collisions. In case of the notorious Bullet cluster, dark matter component of the cluster behaves like a collisionless system. However, its behaviour in the Abell 520 cluster indicates a significant self-interaction cross-section. It is hard for the WIMP based dark matter models to reconcile such a diverse behaviour. Mirror dark matter models, on the contrary, are more flexible and for them diverse behaviour of the dark matter is a natural expectation.

研究の動機と目的

• ボルト・クラスタにおける非衝突的運動とアベル520における顕著な自己相互作用といった、銀河団衝突における暗黒物質行動の矛盾を解消すること。
• WIMP仮説が非衝突的かつ自己相互作用的暗黒物質挙動の両方を説明できないという課題に対処すること。
• ミラーダークマター・モデルが、団スケールの衝突で観測された多様な暗黒物質ダイナミクスを自然に説明できるかどうかを調査すること。
• Cl 0024+17のようなリング状の暗黒物質構造の形成メカニズムを調査し、ミラーマターへの含意を検討すること。
• 見えないミラーギャラクシーと非可視ミラーマターによる重力レンズ効果の観測的兆候を評価すること。ホークスの物体で観測された例を含む。

提案手法

• 標準模型粒子の鏡像パートナー（右巻き弱い相互作用を持つ）を有するミラー物質理論を適用し、暗黒物質ダイナミクスを説明すること。
• 重力的摂動とミラープラズマ内の衝撃波を介してCl 0024+17における暗黒物質リングの形成をモデル化し、ミラースター形成を誘発すること。
• リング銀河形成の基盤としてリンドス＝トゥーモア密度波機構を参照するが、それをミラーマター相互作用に適合させること。
• 不可視ミラーギャラクシーによる重力レンズ効果を分析し、ホークスの物体における疑似二次リングを説明すること。
• ミラーガスにおける期待される衝突断面積と通常のプラズマのそれとを比較し、自己相互作用が存在してもミラーダークマターが実質的に非衝突的である可能性を示すこと。
• 銀河分布とレンズ効果からの観測的制約を評価し、団スケール系におけるミラーマター仮説を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミラーダークマターは、ボルト・クラスタにおける非衝突的挙動とアベル520における自己相互作用を両方説明できるか？
• RQ2 ミラープラズマ内の衝撃波は、Cl 0024+17のような安定したリング状の暗黒物質構造をどのように形成するのか？
• RQ3 ミラーギャラクシーはどのような観測的兆候を示し、重力レンズ効果によってどのように検出可能か？
• RQ4 ホークスの物体における二次リングは、隠れたミラーギャラクシーによる重力レンズ効果の可能性があるか？
• RQ5 ミラーダークマターモデルは、追加の仮定を必要とせずに、矛盾する暗黒物質観測をどの程度調和できるか？

主な発見

• ミラーダークマター・モデルは、銀河団衝突における暗黒物質の多様な挙動（非衝突的運動と顕著な自己相互作用を含む）を自然に説明できる。
• Cl 0024+17では、銀河分布に顕著な準拠構造が存在しないことから、暗黒物質リングの形成は通常の重力的摂動ではなく、ミラープラズマの衝撃波によるものであると示唆される。
• Cl 0024+17のリングは1〜2ギガ年間、存続しており、これは非常に低い有効衝突断面積を示し、ミラースター形成後にミラーダークマターが非衝突的系に進化したことに一致する。
• ミラープラズマ内の衝撃波によって誘発されたミラースター形成により、暗黒物質リングは安定したミラーギャラクシーの非衝突的系に変容する。
• 通常物質をほとんど含まない純粋な暗黒物質銀河、および暗黒物質をほとんど含まない通常の銀河が存在するという予測は、ミラーマター理論において妥当である。
• ホークスの物体における二次リングは、背景銀河の重力レンズ像である可能性があり、必要なレンズ質量（約3.5×10¹⁰ M☉）はミラーギャラクシーの衝突体と整合し、ミラーマターの間接的証拠を提供する。