藤田智弘 理学研究科・ 日本学術振興会特別研究員、田崎亮 東北大学 研究員、當真賢二 同准教授らは、暗黒物質研究とそれとは全く別に発展してきた惑星形成研究とを融合し、暗黒物質がアクシオンと呼ばれる素粒子であるかどうかを検証する新しい方法を発見しました。
生まれたての星のまわりには原始惑星系円盤というガスと塵からなる円盤状の天体があり、そこからやってくる光は綺麗な同心円状の偏光パターンを持っています。しかし、偏光は地球に伝わるまでにアクシオンの影響を受けるため、この同心円構造が乱れて観測されることが予想されます。
今回、すばる望遠鏡が取得した原始惑星系円盤の観測データを分析した結果、このような偏光パターンの乱れは見つかりませんでした。一般に、アクシオンを発見する際には、それが光に与える影響を通して間接的に検出します。その影響の度合いを示すパラメータを「結合定数」といいますが、これまでの研究によって「結合定数」には上限値が設けられていました。
本研究で開発した探査法は、この上限値を10倍以上小さく更新しました。すなわち、アクシオンを探索すべき観測範囲を飛躍的に絞り込むことに成功しました。今後はさらに高精度の観測によって、暗黒物質アクシオンの兆候を発見できる可能性があります。
本研究成果は、2019年5月14日に、国際学術誌「Physical Review Letters」のオンライン版に掲載されました。
図： 原始惑星系円盤の偏光が地球に伝わる途中でアクシオンに影響を受けるイメージ
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.191101
Tomohiro Fujita, Ryo Tazaki, and Kenji Toma (2019). Hunting Axion Dark Matter with Protoplanetary Disk Polarimetry. Physical Review Letters, 122(19):191101.
