初期の宇宙で星や銀河が形成される前に、宇宙は多数の小さな原始ブラック ホールで占められていた可能性があると考える研究者もいます。これらの純粋に仮説的なブラック ホールは、物理学者、宇宙学者、天文学者が存在を確認した、より大きくてよく知られているブラック ホールとは根本的に異なる方法で形成されたはずです。
大質量星の死の結果としてより大きなブラック ホールが形成されるのに対し、原始ブラック ホールは、高密度の領域が重力崩壊を受けた「ビッグバン」の直後に誕生したと考えられます。理論物理学の長い歴史があるにも関わらず、原始ブラック ホールは支持されなくなりました。それは最近までです。
現在、Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) の研究者たちは、Kavli IPMU のメンバーである Alexander Kusenko、佐々木操、杉山直、高田正弘、Volodymyr Takhistov を含めて — 、そのような天体が初期の両方に存在する可能性を研究しています。宇宙と私たちの現在の時代。
チーム 原始ブラック ホールの発見は、私たち自身の宇宙とともに他の「赤ちゃん宇宙」が誕生する潜在的な多元宇宙を指し示す可能性があると考えています。つまり、これらの原始ブラック ホールのイベント ホライズン —光さえ逃れることができないポイント—の背後には、宇宙全体が潜んでいて、視界から隠されている可能性があります。
科学者の調査結果は、ジャーナル Physical Review Letters に掲載された論文に記録されています。
これらの初期のブラック ホール自体の発見を超えて、そのような調査は、物理学の多くの長引く神秘的な側面を取り巻く質問に答えることができます。
目次
- 1 つの原始ブラック ホールと長引く謎
- 2 初期宇宙で原始ブラック ホールを探す
- 3 Hyper Suprime-Cam で全体像を見る
- 4 つのオリジナル研究
原始ブラック ホールと長引く謎
チームは、原始ブラック ホールの存在が、LIGO/VIRGO 干渉計で検出された少量の重力波を説明できると考えています。最近まで、原始ブラック ホールの既存のバイナリ ペアは、現在検出されているよりも多くの重力波信号をもたらすはずであるため、これは除外されていました。
最近の研究では、原始ブラック ホールがどのように存在し、LIGO で検出された数に一致する重力波信号を生成することができるかが示され始めています。
そのようなオブジェクトは、いくつかの重元素がどのように合成されるかを説明することさえできます.原始ブラック ホールが存在する場合、それらは中性子星と衝突するか、中性子星を消滅させるか、そのような星の残骸の中心に侵入し、内側から「食べてしまう」可能性があります。これらのプロセスのいずれかが、中性子を多く含む物質の放出につながります。
重元素の合成は、その背後にあるプロセスが多数の中性子の存在に依存しているため、しばらくの間天体物理学者を困惑させてきました。
おそらくこれよりもエキサイティングです。チームの研究は、原始ブラック ホールが暗黒物質の大部分を構成しているかどうかを明らかにする可能性があります。宇宙の総物質量の 80 ～ 90% を構成する謎の物質です。
原始ブラック ホールが暗黒物質、または少なくともその一部を説明できるという考えは、新しい考えではありません。しかし、これらの天体自体の議論と同様に、それらを暗黒物質に結び付ける理論も近年人気を失いつつあります。
原始ブラック ホールを発見するために、Kalvi チームはハワイのマウナ ケア山の頂上にある巨大なデジタル カメラである 8.2m すばる望遠鏡のハイパー シュプリーム カム (HSC) を使用して、手がかりを求めて初期の宇宙を研究しました。
初期宇宙で原始ブラック ホールを探す
初期の宇宙は非常に密度が高かったため、約 50% のわずかな密度変動でブラック ホールが生成されました。これは、銀河を作り出した重力摂動がこれよりもはるかに小さかった一方で、初期宇宙にはそのような起源イベントの開始を引き起こした可能性のあるさまざまなイベントがあることを意味します.
そのようなプロセスの 1 つは、急速なインフレーションの初期期間中に、私たち自身の宇宙から分岐する小さな「娘宇宙」の作成です。この赤ん坊の宇宙が崩壊すると、その小さな体積の中で膨大な量のエネルギーが放出され、小さなブラック ホールが発生します。
しかし、これらの赤ちゃん宇宙の 1 つが臨界サイズに達してそれを超えると、宇宙を分岐させるというこの考えはさらに奇妙になります。一般相対性理論は、これが起こった場合、問題の宇宙は、外側から見た場合と内側から見た場合とでは異なる状態で存在することを示唆しています。
赤ちゃん宇宙からの観測者はそれを膨張する宇宙として見るでしょうが、事象の地平線の外側の観測者は赤ちゃん宇宙をブラックホールとして見るでしょう.これは、どちらの場合も、原始ブラック ホールの事象の地平線が、その内部構造と宇宙全体を隠していることを意味します。
チームの論文は、原始ブラック ホールが「偽の真空バブル」と呼ばれるもののこの核形成によって作成されるシナリオを指摘しています。これらのマルチバース カモフラージュ オブジェクトを発見できるような方法で宇宙を見るために、非常に強力な機器を使用する必要があります。
幸いなことに、HSC は法案に適合します。
Hyper Suprime-Cam は全体像を見る
論文の著者が説明しているように、HSC はアンドロメダ銀河全体を数分ごとに撮影できる独自の機能のおかげで、原始ブラック ホールを捉える理想的な装置になる可能性があります。このイメージングは、重力レンズ効果、つまり質量の大きな物体による光の曲率の助けを借りて実現できます。
原始ブラック ホールが星などの明るい物体の視線を通過すると、時空に生じる曲率により、物体が瞬間的に明るくなったり、位置が明らかにずれたりします。
質量が大きければ大きいほど、曲率が極端になり、その結果、天文学者がレンズ物体の質量を測定できることを意味する効果が強くなります。ただし、この効果は非常に短い時間しか持続しません。
HSC は銀河全体を見ることができるため、最大 1 億個の星を同時に観測することができます。
チームは、HSC観測の最初の実行で、原始ブラックホールを隠している「多元宇宙」の主要な候補をすでに特定しています。この天体は月と同程度の質量を持っていたため、チームはさらなる観測を行うようになりました。その結果、調査範囲が広がり、物理学の最も差し迫った謎のいくつかに対する解決策が見つかる可能性があります。
元の研究
くせんこ。あ、佐々木。 M.杉山. S., 他 [2021]、「光学望遠鏡による多元宇宙からの始原ブラック ホールの探索」、Physical Review Letters、 [https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.181304]
