東京大学の研究者が、NASAのフェルミガンマ線宇宙望遠鏡から検出された高エネルギーガンマ線のハローを特定し、これは暗黒物質粒子の対消滅の予測と一致する。銀河中心のデータに基づくこの発見は、ほぼ一世紀前に提案された謎の物質の最初の直接的な姿を捉えた可能性がある。富谷友則教授の分析は画期的な成果を示唆するが、独立した検証が必要だ。
1930年代、スイスの天文学者フリッツ・ツビッキーは、銀河が可視質量で許容されるよりも速く動く理由を説明するため暗黒物質を提案し、銀河を結束させるための必要な重力引力を提供した。数十年にわたり、科学者たちは暗黒物質粒子が光や電磁気力と相互作用しないため、間接的な効果からその存在を推測してきた。
多くの理論は、弱く相互作用する質量粒子、すなわちWIMPsを暗黒物質の構成要素として指摘している。これらの粒子は陽子より重く、衝突時に対消滅してガンマ線を含む他の粒子を生成すると予想される。研究者たちは、銀河系の中心部のような暗黒物質の密集領域を宇宙望遠鏡で長年狙ってきた。
東京大学の富谷友則教授は、NASAのフェルミガンマ線宇宙望遠鏡の最近のデータを分析し、銀河中心に向かってハローのような構造に広がる20ギガ電子ボルトのガンマ線を検出した。「20ギガ電子ボルトの光子エネルギーを持つガンマ線を検出し…銀河系中心に向かってハローのような構造に広がっている。ガンマ線放射成分は暗黒物質ハローから予想される形状と密接に一致する」と富谷氏は述べた。
エネルギースペクトルと強度は、陽子質量の約500倍のWIMPsのモデルと一致し、パターンは既知の天体物理学的源と容易に一致しない。「これが正しければ、私の知る限り、人類が暗黒物質を『見た』初めての時となるだろう。そして暗黒物質は現在の素粒子物理学の標準模型に含まれない新しい粒子であることがわかる。これは天文学と物理学における大きな発展を意味する」と富谷氏は付け加えた。
2025年にJournal of Cosmology and Astroparticle Physicsに掲載されたこの研究は、他のチームによる確認を求めている。矮小銀河の将来の観測で類似の信号が現れれば証拠が強まる可能性がある。この研究はJSPS/MEXT KAKENHI助成金番号18K03692により資金提供された。