ダークマターは「ダークビッグバン」で生まれた？

宇宙にある質量のうち大部分を占める物質でありながらも正体がまだわかっていない「ダークマター(暗黒物質)」については、さまざまな研究が行われていますが、新しく、アメリカ・コルゲート大学の科学者が、ダークマターは「ダークビッグバン」で生まれたという説を検証しています。

Phys. Rev. Lett. 133, 211001 (2024) - Dark Matter Production during Warm Inflation via Freeze-In
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.211001

New Study Reveals Possible Origins of Dark Matter in “Dark Big Bang” Scenario | Colgate University
https://www.colgate.edu/news/stories/new-study-reveals-possible-origins-dark-matter-dark-big-bang-scenario

Cosmological model proposes dark matter production during pre-Big Bang inflation
https://phys.org/news/2024-11-cosmological-dark-production-pre-big.html

Mysterious 'Dark Big Bang' Could Explain The Origins of Dark Matter : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/mysterious-dark-big-bang-could-explain-the-origins-of-dark-matter

我々の宇宙を満たすすべての物質がビッグバンに由来するという考え方は広く受け入れられています。しかし、ダークマターの起源や性質については、まだ謎に包まれています。

ダークマターは直接検出されたことはなく、加速器でも検出できていませんが、ダークマターの重力効果は銀河の内外で確実に実証されています。また、ビッグバンによる宇宙マイクロ波の背景放射、いわゆる「ビッグバンの残照」に観測可能な痕跡が残されています。

テキサス大学オースティン校のキャサリン・フリース氏とマーティン・ウィンクラー氏は2023年、ダークマターは通常の物質とは異なり、ビッグバンの数カ月後に発生したと考えられる「別のビッグバン」により生じた可能性があるという論文を発表しました。

Phys. Rev. D 107, 083522 (2023) - Dark matter and gravitational waves from a dark big bang
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.107.083522

コルゲート大学のコスミン・イリー准教授とリチャード・ケイシー氏は、フリース氏らが提唱した「別のビッグバン」、つまり「ダークビッグバン」モデルを実現するための、最新の実験データと矛盾しないすべての可能性シナリオについて、探索と改善を行いました。そして、ダークマターの起源を説明できる可能性のある変数について、これまで未解明になっていた範囲を発見しました。この発見は、ダークビッグバンに至るさまざまなシナリオが現在の宇宙に残した手がかり、例えば重力波といった痕跡のさらなる検証につながる道を開くものだと位置づけられています。

イリー准教授は「ダークビッグバンによって発生した重力波を検出できれば、ダークマターに関する新理論の決定的な証拠となる可能性があります。国際パルサータイミングアレイ(IPTA)やスクエアキロメートルアレイ(SKA)のような試みが実現すれば、我々はダークビッグバンモデルを今までにない方法で検証するツールを手に入れられるかもしれません」と語っています。

IPTAの一部である、北アメリカナノヘルツ重力波観測所が2023年6月に観測した背景重力波の痕跡は、ダークビッグバンの成立に関係している可能性があります。

宇宙の起源の痕跡かもしれない「背景重力波」の証拠を検出か、2023年6月30日に「重要な発表を行う」と研究組織が声明 - GIGAZINE

今後、さらに正確な観測が可能になれば、背景重力波は、ダークビッグバンがダークマターの真の起源であることを証明するのに役立つ可能性があります。また、今回のイリー准教授らによる発見は宇宙の初期の歴史やその進化を形作った力に関する新たな視点を提供するもので、ダークマター以外にも影響を及ぼす可能性があるとのことです。