天文学：微細電荷を持つ少量の暗黒物質は初期宇宙においてバリオンを冷却した可能性がある

宇宙の力学は、遍在しているが捉えどころのない暗黒物質によって強く影響を受けていて、その合計質量は全バリオン質量の約5倍に相当する。それにもかかわらず、暗黒物質の起源と組成はまだよく分かっていない。暗黒物質の証拠の全ては、バリオンに働く重力的な引力に依存しており、そのため、そうした証拠はバリオンと暗黒物質の間のいかなる非重力的な結合も必要としない。しかし、何らかの小さな結合があれば、宇宙における暗黒物質とバリオンの存在度が同程度であることを説明できるだけでなく、純粋な冷たい暗黒物質モデルにおける構造形成の謎を解決できると思われる。多数の観測がなされているが、暗黒物質とバリオンの非重力的な相互作用の決定的な証拠を見つけることはできていない。一方、EDGESコラボレーションによる最近の観測によって、ビッグバンの約2億年後の宇宙の夜明けの間、バリオンの温度は、予想されていた値の半分であったことが示唆された。この観測結果は、標準的な宇宙論モデルと一致させることは困難だが、バリオンと暗黒物質の相互作用率が低速で急激に増加するとした場合に予想されるように、バリオンが暗黒物質との相互作用によって冷却されるとすれば、説明できる可能性がある。本論文では、わずかな割合、すなわち1％未満の暗黒物質が、電子の100万分の1の微細電荷と、電子質量の1～100倍の範囲の質量を持っていれば、他の全ての観測結果と矛盾せずに、EDGES実験によって得られたデータを説明できることを報告する。我々は、暗黒物質の全てが微細電荷を持つことはあり得ないことも示す。

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