自己相互作用する暗黒物質

天体物理学および素粒子物理学において、自己相互作用暗黒物質（SIDM ）は、標準的な冷たい暗黒物質モデル（CDM）とは対照的に、強い相互作用を持つ暗黒物質粒子の代替クラスである。SIDMは、2000年にコア・カスプ問題の解決策として提唱された^{[ 1 ]}。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}暗黒物質の自己相互作用の最も単純なモデルでは、湯川型ポテンシャルと力伝達体φが2つの暗黒物質粒子の間を媒介する。^{[ 5 ]}銀河スケールでは、暗黒物質の自己相互作用は暗黒物質粒子間のエネルギーと運動量の交換につながる。宇宙論的時間スケールでは、これは暗黒物質ハローの中心領域に等温コアをもたらす。

自己相互作用する暗黒物質が静水圧平衡状態にある場合、その圧力と密度は次のようになる。

${\displaystyle \nabla P_{\chi }/\rho _{\chi }=\nabla \Phi _{\text{tot}}=\nabla (\Phi _{\chi }+\Phi _{\text{b}}),}$

どこ$\displaystyle \Phi _{\chi }}$そして${\displaystyle \Phi _{\text{b}}}$はそれぞれ、ダークマターとバリオンの重力ポテンシャルです。この方程式は、ダークマターの分布とバリオン物質の分布を自然に相関させます。この相関により、自己相互作用するダークマターは、タリー・フィッシャー関係などの現象を説明できます。

自己相互作用する暗黒物質は、 DAMAの年間変調信号の説明としても提唱されている。 ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}さらに、高赤方偏移における超大質量ブラックホールの種となり得ることも示されている。^{[ 9 ]} SIDMは、いわゆる「ダークビッグバン」に由来する可能性がある。^{[ 10 ]}

2024年7月、SIDMが「最終パーセク問題」を解決するという研究が提案され、^{[ 11 ] [ 12 ]} 2か月後には、別の研究がファジーコールドダークマターで同じことを提案した。^{[ 13 ] [ 14 ]}

• MACS J0025.4-1222、暗黒物質の自己相互作用を制約する天文観測
• ESO 146-5は、 SIDMの最初の証拠とされたアベル3827の核である。
• 宇宙線データの説明のために提案された、強く相互作用する重粒子（SIMP）
• ラムダCDMモデル

• ベルトーネ、ジャンフランコ（2010）。粒子暗黒物質：観測、モデル、探索。ケンブリッジ大学出版局。762ページ。Bibcode  ：2010pdmo.book ..... B。ISBN 978-0-521-76368-4。
• Musser, George (2000年5月) 「何が問題なのか？」 . Scientific American . 282 (5): 24. Bibcode : 2000SciAm.282e..24M . doi : 10.1038/scientificamerican0500-24 .
• ローレンス、クラウス（2000）。『クインテッセンス：宇宙における失われた質量の探求』ベーシックブックス、 384ページ。ISBN 978-0-465-03741-4。