星々の間にはブラックホールの隠れた群れがあります。それらは、宇宙の進化に静かに、そしてさりげなく影響を与えることなく、太古の昔からずっと存在していました。それらがなければ、宇宙の驚異に驚嘆する星も惑星も生命も存在しないでしょう。今、まさに初めて、それらを見つけるためのツールがようやく手に入るかもしれません.
ブラック ホールは、天文学で最も有名な天体の 1 つです。彼らの重力は非常に極端で、近づきすぎると逃げることができません。ブラック ホールにはさまざまなサイズがありますが、それらは通常、私たちの太陽よりもかなり巨大な怪物です。
それらは通常、見えないように隠されています。しかし、衝突するブラック ホールからの信号を検出した LIGO や VIRGO などの重力波検出器のおかげで、私たちはそれらを見てきました。これらの宇宙の落とし戸が存在することをこれほど確信したことはありません。
しかし、いまだに理論的なままである 1 つのタイプのブラック ホールがあり、長年にわたる宇宙論の難問を解決することができます。
ビッグバンの直後に、新しい宇宙の密度に小さな変動がありました – 平均よりわずかに多いまたは少ない質量を持つ領域.質量が標準を上回っていた場合、物質が崩壊して小さなブラック ホールが形成された可能性があります。これらのブラック ホールは、宇宙自体と同じくらい長い間存在しているため、「原始」ブラック ホールと呼ばれます。
理論モデルによると、原始ブラック ホールは広範囲の質量を持つことができます。まつげよりも軽いか、星よりも重いかもしれません。これまでのところ、観測を通じていくつかの質量を除外することができ、原始ブラック ホールの 2 つの可能な質量範囲または「ウィンドウ」を開くことができました。
原始ブラック ホールの詳細:
- 新たに発見されたブラック ホールは、「最初の星や銀河よりも前に」形成された可能性があります
- 重力波は原始ブラックホールを指している
「2 つのウィンドウは、月の 1 質量 [月の 1 質量 =月の質量] 未満であり、太陽質量の数十倍 [太陽の 1 質量 =太陽の質量] です」と、シャリフの天体物理学者で宇宙学者の Sohrab Rahvar 教授は言います。イラン工科大学
この小さなブラック ホールの隠れた個体群が存在する場合、暗黒物質の一部またはすべてを説明できる可能性があります。これは、天文学者が私たちの天の川のような銀河を一緒に保持するのに役立つと考えている目に見えない接着剤です。これは支持されなくなったアイデアですが、特に暗黒物質が何でできているかについての従来の概念が空白を描き続けているため、現在再び勢いを増しています.
暗黒物質の正体に目を向け、スイスのジュネーブ大学の博士課程の学生である Gabriele Franciolini は、ビッグバン後の原始ブラック ホールの生成をより詳細に再モデル化しています。
結果は？ 「そこには何百倍もの原始ブラックホールが存在する可能性があります」と彼は言います。 「原始ブラックホールを通してすべての暗黒物質を説明できます。」それは、月よりも下の下部ウィンドウに質量がある場合です。これにより、直径が 10 分の 1 ミリ未満、つまり人間の髪の毛の幅になります。
この場合、それぞれの原始ブラック ホールは非常に小さいものになりますが、それらが合わさることで、銀河がばらばらに飛ばされるのを防ぐのに十分な重力を提供することができます。私たちの天の川のような銀河が小さな粘着性のブラックホールでぎっしり詰まっているなら、それらはどこにでもあるはずです.ハーバード大学の理論天体物理学者である Amir Siraj は、太陽系の周辺に潜んでいる可能性さえあると考えています。
太陽系にブラック ホールはありますか?
10 年ほどの間、天文学者は冥王星を超える小さな天体の軌道に困惑してきました。太陽の周りの経路はかなりランダムなはずですが、組織化されているように見えます。まるで何かが彼らを同じような軌道に乗せているかのようです。でも何？
「それはおそらく惑星です」とSirajは言います。プラネット・ナインと呼ばれ、1846年に海王星が登録されて以来、初めて新たに発見された惑星となる（冥王星は1930年の発見時に惑星と呼ばれたが、後に2006年に準惑星に格下げされた）。しかし、現在進行中の大規模な調査では、そのような世界の目に見える兆候を見つけることができませんでした.
「直接探索が失敗し続ける場合、原始ブラック ホールが選択肢になります」と Siraj 氏は言います。結局、アーサー・コナン・ドイルの架空の探偵シャーロック・ホームズが有名に言ったように、不可能を排除すれば、どんなにありそうもないことであっても、残っているものはすべて真実でなければなりません.
冥王星を超えたオブジェクトのクラスター化された軌道を説明するために必要な重力の量を知っています。その重力が原初のブラック ホールによって提供されている場合、それはグレープ フルーツの直径にすぎません。小さいとはいえ、地球の約10倍の重さがあります。もしこれが本当に起こっていることなら、太陽系外縁部の望遠鏡のトロール網がこれまでに空になったのは驚くことではありません.
しかし、Siraj はそれを見る方法があると考えています。これは、COVID による最初のロックダウン中に、彼が実家の子供時代の寝室に滞在していたときに思いついたアイデアです。
「ブラック ホールは時折降着フレアを生成するはずです」と彼は説明します。言い換えれば、グレープフルーツ大の天体が通過する彗星を飲み込むと、閃光が見られるはずです。そのような出来事は、第二次世界大戦の終わりに日本に投下された原子爆弾のエネルギーの数パーセントを放出するでしょう.
閃光は強烈かもしれませんが、太陽系の遠く離れた奥地で起こっています。そのため、地球に到達するまでに光はかなり弱くなります。それでも、仕事をこなせるはずの新しい望遠鏡がオンラインになろうとしています。 「フレアは、ベラ ルビン天文台の検出限界に達しています」と Siraj 氏は言います。 「これは、太陽系外縁部の原始ブラック ホールを除外するための完璧なツールです。」天文台は、2023 年末に向けて適切な観測を開始する必要があります。
原始ブラック ホールがそこにあることが判明した場合、太陽が銀河中心の周りを周回する天の川の地雷原を通って私たちを引きずっているため、太陽系に入った可能性があります。何らかの理由でこれは行き詰まりましたが、原始ブラック ホールはさらに進んで太陽系内部に入ることができるのでしょうか? Rahvarは確かにそう考えています。彼は、地球の 45 億 4000 万年の歴史の中で、始原ブラック ホールが地球を通過する可能性を計算しました。
「確率は 10 億年に 1 回の通過です」と彼は言います。彼が正しければ、私たちは 4 回、原始ブラック ホールに襲われたことになります。 Rahvar の計算では、暗黒物質の 100% が月下質量の原始ブラック ホールでできていると仮定しています。それらが暗黒物質のわずか 4 分の 1 を占めていたとしても、地球は以前に原始ブラック ホールに遭遇したことがあり、再び遭遇する可能性があります。
私たちの惑星がブラック ホールに襲われるというのは終末論的な話に聞こえますが、必ずしもそうとは限りません。結局のところ、私たちはまだここにいます。最悪の結果は、原始ブラック ホールが地球のコアに落ち着くことです。 「その後、ブラック ホールは地球のすべての物質を飲み込み始め、成長し、有限時間後に地球は崩壊してブラック ホールになります」と Rahvar は説明します。
幸いなことに、Rahvar の計算により、ブラック ホールが地球内部に閉じ込められる可能性はほぼゼロであることが明らかになりました。はるかに可能性が高いのは、ブラックホールが惑星をまっすぐ通過し、反対側に現れて宇宙を旅し続けることです.ただし、たまたまあなたを通り抜けた場合、結果はきれいではありません.
ブラックホールが本当に惑星を通過したかどうかはどうすればわかりますか? 「地球を通過する間に、惑星の内部を加熱することができます」とRahvarは言います。これは、ブラック ホールの経路を表す直線に沿った岩石の融解の痕跡として現れる可能性があります。しかし、Rahvar は、これは地球の歴史全体で最大 4 回しか発生していないため、これらの痕跡を発見することは非常に難しいと警告しています.
重力波が原始ブラック ホールを見つける方法
では、原始ブラックホールが実際に存在することを他にどのように証明できるでしょうか?フランチョリーニは、その答えは、通常のブラック ホールが存在することを証明したのと同じ方法であると考えています。つまり、重力波です。 2015 年に初めて観測された重力波は、宇宙内で発生するイベントによって引き起こされる、宇宙自体の構造の波紋です。
これまでに検出された重力波は、通常のブラック ホールと中性子星のようなコンパクトなオブジェクト間の衝突から発生しています。または、少なくともそれが常識です。 Franciolini はあまり確信が持てません。 「イベントのかなりの部分が原始起源である可能性があります」と彼は言います。
今、私たちは上部質量ウィンドウの原始ブラック ホールについて話しています。 「重力レンズ効果」と呼ばれる効果から、この質量範囲の原始ブラック ホールは暗黒物質の 10% 以上を構成できないことがわかっています。重力レンズ作用とは、前景の物体 (ブラック ホールなど) が背景の物体 (星など) の光を拡大する現象です。周りに大きな原始ブラック ホールがたくさんあるとしたら、これらのイベントは実際よりも多く発生することになります。したがって、上限は 10% です。
フランチョリーニによると、大きな始原ブラック ホールが暗黒物質のわずか 0.1% に相当する場合、それらは通常のブラック ホールと同じ速度で互いに融合することになります。後者を見ることができたなら、前者もすでに見た可能性が高い.言い換えれば、2 つの大きな原始ブラック ホールが衝突しているのをすでに発見しており、それが 2 つの通常のブラック ホールであると誤って想定していたということです。 「2 つのシナリオを解きほぐす必要があります」と Franciolini 氏は言います。 「それが課題です。」
最近の重力波イベントの 1 つは、特に興味深いものです:GW190521。 2019 年 5 月 21 日に検出され、その後 2020 年 9 月に発見が発表されたことからその名前が付けられました。これは、中間ブラック ホールとして分類するのに十分な大きさです。
フランチョリーニによると、通常のブラック ホールとこのようなモンスターの融合の存在を説明するのは難しいとのことです。それは代わりに、原初の起源の可能性への扉を開きます. 「データは、原始ブラック ホールがそこにあるという考えを裏付けています」と Franciolini 氏は言います。
すでに重力波検出器のネットワークを構築しているため、データの大洪水を待つ必要はあまりないかもしれません。日本の神岡重力波検出器 (KAGRA) は、COVID パンデミックとハリケーン Ida によるいくつかの後退の後、まもなく LIGO と VIRGO と協力する予定です。この 10 年間にインドで新しい LIGO 検出器の計画が進行中です。
世界中に 4 つの検出器を配置することで、天文学者は全天の重力波イベントを正確に特定できるようになります。現在、それらは天国の半分に限られています.
新しい重力波検出器は、より正確なデータでより多くのブラック ホールの合体イベントをもたらすはずです。 Franciolini のような研究者は、始原ブラック ホールの兆候がないか、そのデータをくまなく調べようとしています。おそらく、これらの太古の目に見えない遺物が宇宙の進化を静かに操り、銀河を結びつけ、そもそも重力波検出器を構築するための準備を整えてきたのかどうかがわかるでしょう.
原始ブラック ホールにぶつかったらどうなりますか?
まず第一に、あなたはおそらく人類史上最も不運な人物になるでしょう。イランのシャリフ工科大学の天体物理学者で宇宙学者であるソーラブ・ラーバー教授によると、地球は、45 億 4000 万年の存在全体で最大 4 つの原始ブラック ホールにぶつかっただけです。人が生きている間に地球を通過することはほとんど不可能です。あなたがいる場所と一致する 1 メートルの狭い通路を通過することはありそうにありません。そうは言っても、あなたが運命の愚か者であるなら、あなたは恐ろしい時期に直面しています.原初のブラック ホールが体内に存在する時間は 10 マイクロ秒だけですが、速度は 160 km/s (光速の 0.05%) です。ブラック ホールは原子の 1,000 倍の幅しかありませんが、有名な強烈な重力の影響を受けます。
ハーバード大学の著名な理論物理学者である Avi Loeb 教授によると、体が数インチ縮むだけで十分です。ブラックホールがそれらが存在する空間の構造そのものをゆがめるにつれて、あなたの内臓のすべてが歪むでしょう.悲惨な死を迎えることになります。それでも、「ここに横たわる – [あなたの名前を挿入] – ブラックホールによって殺された」という碑文を想像してみてください。
ブラック ホールの詳細:
- ブラック ホールに落ちたらどうなるか
- ブラック ホールの周りに生命は存在できますか?
- この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 370 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
