ダークマターの起源は物質が形成されなかったもうひとつの世界「ダークミラー宇宙」との理論が発表される

銀河の形成など宇宙の在り方に多大な影響を及ぼしているのに、他の物質と相互作用せず目にも見えないダークマターは謎に包まれており、その正体に関する議論の中には「異次元の粒子」であるという説や、「そもそも存在しない」という説まであります。新しく発表された研究で、ダークマターの正体はこの世界と鏡写しになっているもうひとつの宇宙であるとの理論が提唱されました。

[2401.12286] A Closer Look in the Mirror: Reflections on the Matter/Dark Matter Coincidence
https://arxiv.org/abs/2401.12286

There may be a 'dark mirror' universe within ours where atoms failed to form, new study suggests | Live Science
https://www.livescience.com/space/cosmology/there-may-be-a-dark-mirror-universe-within-ours-where-atoms-failed-to-form-new-study-suggests

Dark Matter May Be a Deformed Mirror Universe, Scientists Say
https://futurism.com/the-byte/dark-matter-mirror-universe

シカゴ大学エンリコ・フェルミ研究所のアルシ・ボダス氏らの研究チームは、プレプリントサーバー・arXivで2024年1月に発表した論文の中で、この宇宙には奇妙な偶然の一致が2つあることを指摘しました。

1つ目の偶然は、宇宙にある通常の物質とダークマターの量がほぼ同じだという点です。ダークマターの存在量は、通常の物質の約5倍あると推測されていますが、そもそも宇宙にあるすべての質量とエネルギーの約70％はダークエネルギーで占められており、ダークマターと通常物質は合わせて約30％しかない少数派なので、天文物理学の世界では大きな違いではないというわけです。

2つ目の偶然は、原子を構成する中性子と陽子がほとんど同じ質量だという点です。目に見える通常の物質の原子は、原子核とその周囲を回る電子でできており、原子核は質量がほぼ等しい中性子と陽子で構成されています。もし、中性子と陽子の質量が大きく異なっていれば、原子はたちまち不安定になり、自由浮遊する中性子を残して崩壊してしまいます。

物理的な振る舞いが大きく違うにもかかわらず、存在量がほとんど同じだという対称性から、研究チームは「通常の物質におけるあらゆる物理的相互作用には、それを反映したダークマターの世界の鏡がある」と仮定しました。

このミラーモデルは、ダークマター同士の相互作用やダークマター独自の元素周期表が存在する可能性があるという理論を踏まえたものですが、ダークマター同士の相互作用はかなり小さいと、研究者らは指摘しています。なぜなら、もしダークマター同士が複雑な相互作用を持つのであれば、現在考えられているよりはるかに多く凝集し、塊になっているはずだからです。

このことから、ダークマターのほとんどは単純な中性子の海として存在していると考えられます。つまり、通常の物質とは違ったシナリオによりダークマターの陽子が蒸発し、後に残った「ダークマター中性子の海」が現在ダークマターとして認識されている物体の正体なのではないかと、研究チームは述べました。

初期の宇宙では、通常の物質が核合成を起こしながら最初の元素が作られていきました。もし、今回研究チームが提唱した理論が正しければ、ダークマターでできた鏡面世界でも同じように核合成が起きていたことになります。そして、宇宙の始まりの無秩序な時期に2つの世界が出会い、お互いに影響し合うようになったのかもしれません。

今回研究チームが発表した論文は査読を受けていませんが、元素が作られる速度を注意深く観測する将来の調査により、ダークマターがひしめく鏡写しの世界の存在が検証できるのではないかと期待されています。

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