すばる/HSCを用いたアンドロメダ銀河の観測による重力マイクロレンズ効果の探査から得られた原始ブラックホールの制限
Microlensing constraints on primordial black holes with Subaru/HSC Andromeda observations
2019年4月1日 Nature Astronomy 3 : 4 doi: 10.1038/s41550-019-0723-1
初期宇宙に生成された可能性のある原始ブラックホール（PBH）は、未だ正体不明の暗黒物質（ダークマター）の有力候補の一つである。PBHの存在量は、様々な天文学的な観測、手法で制限されてきているが、PBHの質量が太陽の 10-14 倍以上 10-9 倍以下の範囲はこれまでに探査されていなかった。今回、天の川銀河と M31 のハロー領域に存在するPBHによるM31内の恒星の重力マイクロレンズ効果（M31の星がある時間帯に明るくなる現象）を探査するため、すばるの超広視野主焦点カメラ（HSC）を用いた アンドロメダ銀河（M31） を2分間間隔で撮像するという高頻度観測を7時間にわたり行った。もし上述の軽いPBHが暗黒物質の大部分を構成している場合に、M31の何千万個の恒星を同時にモニター観測することで、多数の重力マイクロレンズ効果の現象を発見するはずである。しかし、この予想に対して、我々はたった1個のマイクロレンズ候補天体しか発見できなかった。この結果から、太陽の 10-11 倍以上 10-6 倍以下の範囲の質量をもつPBHの存在量にこれまでにない厳しい上限を得ることに成功した。
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Primordial black holes (PBHs) have long been suggested as a viable candidate for the elusive dark matter. The abundance of such PBHs has been constrained using a number of astrophysical observations, except for a hitherto unexplored mass window of MPBH = [10−14, 10−9] solar masses. Here we carry out a dense-cadence, 7-hour-long observation of M31 with the Subaru Hyper Suprime-Cam (HSC) to search for microlensing of stars in M31 by PBHs lying in the halo regions of the Milky Way and M31. Given our simultaneous monitoring of tens of millions of stars in M31, if such light PBHs make up a significant fraction of dark matter, we expect to find many microlensing events. However, we identify only a single candidate event, which translates into stringent upper bounds on the abundance of PBHs in the mass range MPBH ≃ [10−11, 10−6] solar masses.
