斥力性暗黒物質
斥力性暗黒物質 (p1)
斥力性暗黒物質。
ジャン＝ピエール・ペティとP.ミディ マルセイユ天文台、フランス ---
要旨：
我々は、引力と斥力の両方を含む動力学を持つ二種類の粒子集団からなる系の現象論的側面を検討する。重力場によって結合された二つの場の方程式と、二重の折り目を持つ新しい幾何構造を用いることで、「負の質量」の問題を回避し、すべての粒子のエネルギーが正であるような系の可能性を示す。この条件下で、第二集団の物質は幾何学的に観測不可能となり、結果として「斥力性暗黒物質」としての地位を得る。銀河は、均一な斥力性暗黒物質の分布の中の空洞に存在すると考えられる。これにより、現実的な回転曲線をもたらす閉じ込め効果が生じる。また、斥力性暗黒物質に関連する負の重力レンズ効果が、観測された強力な効果を説明できることを示し、従来の暗黒物質モデルに対する代替案を提示する。この新しい宇宙論モデルから導かれる宇宙の年齢は、二種類の物質間の相互作用により157億年となる。
1) はじめに。 ** **
...今日では、観測可能な物質のみに基づいて天体観測を説明することは不可能である。そのため、暗黒物質という概念が徐々に受け入れられるようになった。宇宙のこの目に見えない成分の性質について、さまざまな仮説が提示されてきた。この成分は重力場の形成に寄与し、銀河における「欠損質量」効果や重力レンズ効果を引き起こすものとされている。マホス（MACHOs）は期待外れであった。一部では、質量を持つニュートリノなど、物理的実在性がまだ議論中の粒子に頼っている。現時点では、どの理論も優位性を確立できず、暗黒物質の性質については多くの仮説が残されている。本稿では、我々の物質（質量m）と特定の暗黒物質（質量m*）との間の重力相互作用の結果を検討する。ここでm*は以下の条件を満たすものとする：
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m と m' はニュートンの法則に従って引力を及ぼし合う
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m* と m*' はニュートンの法則に従って引力を及ぼし合う
-
m と m* はニュートンに類似した法則に従って斥力（反発）を及ぼし合う
このようなm*を「斥力性暗黒物質」と呼ぶ。
これは次式で簡単に要約できる：
(1)
ここで、質量maとmbは正または負の値を取り得る。物理学者はすぐに、「負の質量を持つ粒子はエネルギーも負になるため、物理的に意味がない」と反論するだろう。本稿の第3節では、質量mとmがともに正であり、エネルギーmc²とmc²も正であるような二つの集団の相互作用を可能にする新しい幾何的枠組みを提示する。この枠組みにより、二つの部分系が重力以外の相互作用を持たないことが幾何学的に説明される。
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2) 斥力性暗黒物質による銀河の閉じ込め。
...長年にわたり、観測から推定される物質分布による重力場は、銀河内の遠心力と釣り合わないことが知られている。欠損質量は観測された質量の約3〜5倍に相当する。さらに、銀河の回転曲線には「段差」と呼ばれる特徴（周辺部での速度の過剰）が見られ、観測された物質分布からは説明できない。そのため、研究者たちは銀河の崩壊を防ぎ、回転曲線のこの特徴を再現するために、人工的に導入された暗黒物質の分布を用いていた。ここでは、観測可能な通常物質と観測不可能な斥力性暗黒物質からなる提案モデルを検討し、銀河の閉じ込めが可能かどうかを検証する。まず、MyamotoとNagaiのモデル[1]に従って物質が分布している銀河を考える：
(2)
...この軸対称な物質分布は、均一な斥力性暗黒物質の分布の中の空洞にあるものとする（図1。ここで通常物質は式(2)においてa = 5、b = 1に従って分布している）。
** ** 図1：斥力性暗黒物質に囲まれた銀河。 軸対称系。
...我々は、観測に基づいて調整された任意の密度勾配をもつ斥力性暗黒物質を銀河の周囲に配置する。この質量分布は、厚さのある楕円体の重ね合わせによって記述できる。各楕円体には質量密度ri（正または負）が与えられ、iは楕円体のインデックスであり、水平軸aiと垂直軸biを持つ。これらの物体内部および外部の場は、比較的簡単な解析式で表される（[2]および[3]参照）。このような質量楕円体の集合が与えられれば、3次元場を計算可能となる。図1では、空間内の白点の密度変化によって斥力性暗黒物質の質量密度r*を表現している。これは、画像が示すように、質量点による数値シミュレーションの結果ではない。質量分布は、さまざまなパラメータ（軸長、質量密度）を持つ複数の質量楕円体の集合によって記述されたものである。
...図2には選ばれた斥力性暗黒物質の分布を示す。図3は、上記の方法で計算されたこの斥力性暗黒物質による重力場を表している。図1と図(2-3)のスケールは異なる。後者は拡大表示である。スケールの対応関係が示されている。見られるように、斥力性暗黒物質の分布は、r方向およびz方向の両方で銀河に閉じ込め効果をもたらす。図3は、斥力性暗黒物質のみによる対応する回転速度を示している。このような斥力性暗黒物質の分布が、周辺部での大きな速度を可能にしていることがわかる。
図2：選ばれた斥力性暗黒物質の分布：密度r(r)を持つ、厚さのある同心円状の扁平楕円体群。dは楕円体の直径。*
