わずか4時間で寿命下限の世界最高感度更新

高分散赤外線分光技術によるダークマター探索実験に成功

2025年2月14日 14:00 |プレスリリース・研究成果

発表のポイント

高分解能を持つ赤外線分光器による観測実験が、電子ボルト(eV)領域のダークマター探索に極めて適していることが理論的に提案されている。

本研究では、矮小楕円体銀河Leo VおよびTucana IIの中心付近をたった合計4時間弱の観測により、ダークマターが崩壊して光子を放出する場合の寿命に、従来研究を上回る厳しい下限値を与えることに成功した。

今後のダークマター探索研究の新たな可能性を実証的に示し、天文観測と素粒子理論の橋渡しをした。

発表概要

ダークマターは宇宙の質量の大部分を占めているにもかかわらず、その正体はいまだ明らかになっていない。東京都立大学大学院理学研究科の殷文准教授（2024年3月まで東北大助教）、東京大学大学院理学系研究科の松永 典之助教ら、京都産業大学の大坪 翔悟研究員ら、国立天文台の谷口大輔学振研究員ら、株式会社フォトクロスの池田優二代表取締役らの共同研究グループは、南米チリ・ラスカンパナス天文台で米国カーネギー天文台などが運用するマゼラン望遠鏡（口径6.5m）に搭載されている近赤外線高分散分光器WINEREDを用いて、約1.8～2.7電子ボルト(eV)の質量領域（電子の質量の約1/200000）でダークマターが崩壊した際に放出する 近赤外線光子の検出実験を世界で初めて実施した。その結果、わずか 4時間弱の観測で、 世界最高感度でダークマターの寿命の下限の推定に成功した。
本成果が2025年2月７日（現地時間）にPhysical Review Letters誌に掲載された。本研究は、これまで技術的に困難とされてきたeVスケールのダークマター探索に新たな道を切り開いた。この成果により、天文学、宇宙物理学、素粒子物理学の交差する未解決問題『ダークマターの正体解明』への大きな一歩を示した。

図 1　高分解能赤外線分光器がダークマター探索で役立つ仕組み。ほとんどの光は分光され暗く見えるが、ダークマター由来の光はその影響を受けないため、検出が容易になる。（© 殷文）

論文情報

タイトル：First Result for Dark Matter Search by WINERED
著者： Wen Yin, Taiki Bessho, Yuji Ikeda, Hitomi Kobayashi, Daisuke Taniguchi,　Hiroaki Sameshima, Noriyuki Matsunaga, Shogo Otsubo, Yuki Sarugaku,　Tomomi Takeuchi, Haruki Kato, Satoshi Hamano, and Hideyo Kawakita
掲載誌：Physical Review Letters
DOI： 10.1103/PhysRevLett.134.051004

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

東北大学大学院理学研究科
広報・アウトリーチ支援室
TEL:022-795-6708
Email：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）