【発表のポイント】

• 宇宙に満たされている暗黒物質の候補として、アクシオンと呼ばれる素粒子が近年注目されている。
• 本研究では、暗黒物質研究とは全く別に発展してきた惑星形成研究を融合し、新しい暗黒物質探査方法を発見した。
• その方法を現在得られているデータに適用し、アクシオンの性質に対し世界最高の制限をつけることができた。
• 今後、より高精度の観測を行ってアクシオンの兆候を見つけられる可能性がある。

【概要】

我々の宇宙は暗黒物質という物体で満たされていることが知られていますが、その正体は依然として分かっていません。近年、暗黒物質の候補として、アクシオン（注１）と呼ばれる粒子が注目を集めています。京都大学 大学院理学研究科の藤田智弘博士、東北大学 大学院理学研究科の田崎亮博士、同じく学際科学フロンティア研究所の當真賢二准教授（理学研究科兼任）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（図１、注２）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（図２）。既存の観測データの中では乱れは見つかりませんでしたが、そのことからアクシオンの性質に対して世界最高の制限をつけられました。今後はより高精度の観測を行われることが期待され、暗黒物質アクシオンの兆候が見つかる可能性があります。

本研究成果をまとめた論文は、2019年5月14日付けで『Physical Review Letters』電子版に掲載され、特に注目するべき論文に付加される『Editor's suggestion』に選定されました。

図１：原始惑星系円盤の偏光パターンのシミュレーション結果

図２：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

【用語解説】

（注１） アクシオン
ひも理論などの高エネルギー理論から存在が予言されている未発見の素粒子です。これまで発見されたどの素粒子よりもずっと軽く、光の伝播に影響を与えると考えられています。さらに、銀河の中心付近における暗黒物質の密度はコンピュータシミュレーションで計算すると実際の天文観測の結果よりもずっと高くなってしまうという問題が知られていますが、暗黒物質がアクシオンだとすると解決されるとも指摘されています。

（注２） 光の偏光
光は空間を伝わっていく電磁波であり、波であるからその振動している方向があります。例えば太陽光は様々な方向に振動している波が重ね合わさっているので、その偏りがありません。しかし、特定の方向にだけ振動している電磁波もあり、それらは偏光と呼ばれます。光は何かに反射すると偏光になりますが、偏光を通さない偏光サングラスをかけるとカットされるので、反射光が邪魔になる釣りや車の運転で重宝します。原始惑星系円盤も中心星の光を反射して光っているため、偏光として観測されます。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関して）
東北大学 学際科学フロンティア研究所　（理学研究科　兼任）
准教授　當真 賢二　（とうま けんじ）
E-mail　 toma*fris.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）

（報道に関して）
東北大学 学際科学フロンティア研究所
URA　鈴木 一行　（すずき かずゆき）
電話　022-795-4353
E-mail　suzukik*fris.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）