インド系アメリカ人の天体物理学者であるスブラマニアン・チャンドラセカールはかつて、重力場が非常に強いため光でさえその手から逃れられない時空の領域であるブラックホールは、宇宙で最も単純で最も完全な巨視的物体であると述べました。しかし、その単純さは、宇宙が真のブラック ホールの動物園で埋め尽くされることを妨げていません。それらの質量は、太陽の数倍から数十億倍にも及ぶようです。
星の崩壊によって形成される恒星質量ブラックホールは、最も豊富であると考えられています。時折、それらは互いの引力に閉じ込められ、壮観な宇宙の暴力の過程で融合します。約15億光年離れたこのような「二元合体」を通じて、人類は最初に重力波、つまり合体によって解放されたエネルギーを放射する時空の弾力的なさざ波に同調することに成功しました。初期の宇宙では、核反応ではなく、急速に成長している中央のブラック ホールの種に向かう高温ガスの落下によって、準星と呼ばれるエキゾチックな天体が豊富にあると考えられていたとき、何千倍も大きなブラック ホールが形成された可能性があります。さらに大規模なものは、太陽の何十億倍もの質量を持つ超大質量ブラック ホールであり、私たちのような大きな銀河の中心にある重力アンカーであると考えられています。これらのフォームがどのように謎のままです。
興味深いことに、宇宙のブラックホールの国勢調査を試みた場合、ブラックホールの数が30から約70の太陽質量の範囲で劇的に減少すると予想されます.星の進化に関する現在の理解では、最大の星のサイズに上限があり、その結果、(超新星による) 星の死の後に形成される可能性のあるブラック ホールのサイズにも制限があります。
観測を開始して以来、レーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) が正確にこの質量範囲内で複数のブラック ホールの合体を検出したことは、ちょっとした驚きです。過去数年間、多くの天体物理学者や宇宙学者は、これらのブラック ホールがどこから来たのかについて頭を悩ませてきました。宇宙のより深い理解に向けて手探りで進む研究でよくあることですが、それは、私たちがまだ熟考していない恒星と銀河の進化のモデルの微妙なところに帰着するかもしれません.しかし、最近、より驚くべき可能性が復活しました:ブラックホールの宇宙動物園に別のメンバーを受け入れる必要があるかもしれません — 原始 ブラック ホール — ソ連の天体物理学者イゴール ノヴィコフとヤコフ ゼルドヴィッチによって、1960 年代後半に理論上の可能性として最初に認められたブラック ホールの黒い羊。彼らは、これらのブラック ホールが、星が形成されるずっと前に大量に存在していた可能性があることに気付きました。これらは、LIGO の共同研究が見たまさにブラック ホールではないでしょうか?
この可能性は、ブラック ホールが何らかの天体物理学的プロセスを介して形成される必要がないという事実から導き出されます。 不在でもブラックホールは形成される いずれにせよ、特異点に巻き込まれる十分に大きな時空の歪みから。故物理学者のスティーブン・ホーキングは、これを知っていて、息をのむような単純なアイデアを楽しませました。これは、ビッグバン自体が爆発プロセスの最終段階であり、非常にエネルギーが高く、密度が高く、熱化された初期状態を設定したという事実に基づいています。滑らかで均一ですが、微視的な時空変動のごくわずかな場合です。ホーキング博士は、ブラック ホールは、数十億年後に、現在すべての銀河団が合体するフィラメントのような足場を形成するこれらの種の量子ゆらぎから形成された可能性があることを示唆しました。
どういうわけか、何らかのメカニズムがこの原始ノイズの音量を小さなスケール（または高い周波数）でダイヤルアップした場合、時空の連続体に小さいが非常に深い谷ができ、それ自体が宇宙の歴史の初期にブラックホールに崩壊した可能性があります. 、宇宙の歴史の後半に生成されたものよりも広い範囲の可能な質量を持ちます。もちろん、この還元不可能な量子ノイズは、初期の宇宙で働いていたハイゼンベルグの有名な不確定性原理の結果です。原理によれば、たとえば粒子の位置と速度を同時に知ることはできません。したがって、微視的な粒子は、位置と速度を同時に正確に指定する必要があるため、正確に静止することはできません。同じことが時空自体の局在化された励起にも当てはまり、その結果、初期宇宙のすべてのスケールで変動します。これは、最大規模で宇宙の構造に種をまいたノイズです。ホーキング博士は、このノイズを小さなスケールで増幅するメカニズムは、ビッグバンの直後にブラック ホールを簡単に生成できることに気付きました.
アイデアは魅力的かもしれませんが、今のところ、原始ブラック ホールは理論家の想像の領域にとどまっています。もちろん、近い将来のある時点で、重力波天文台がブラック ホールとしかできなかった質量との合体を観測した場合、状況は変わる可能性があります。 原始的であること。決定的な証拠は、たとえば、太陽の約 1.5 倍未満の質量を持つブラック ホールを発見するという形をとる可能性があります。このようなブラック ホールは、恒星ブラック ホールの可能な限り軽い前駆体が、この限界より下のブラック ホールに崩壊するのに十分な質量を持たないため、恒星の物体の崩壊から生成することは不可能です。チャンドラセカール限界よりわずかに重いものの、これまでに見られた中で最も軽いブラック ホール (または最も重い中性子星) となるものの最近の観測は、一部の天体物理学者がその原初の起源について楽観的に推測するほど不可解です。
太陽系はおろか、私たち自身の銀河系にも原始ブラック ホールが見つからないと考える理由はありません。 2015 年、2 人のカリフォルニア工科大学の天文学者は、海王星サイズの惑星が冥王星をはるかに超えて太陽を周回している可能性があることを示唆しました。しかし、ArXiv に投稿された 2019 年の論文として このプラネット・ナインは、グレープフルーツほどの大きさの原初のブラックホールである可能性があることを示唆しています。ダークマター自体は、周囲のハローに群がる原始ブラックホールの群れに他ならないため、それを直接検出する試みのすべてを回避してきましたが、それと同じくらいとらえどころのないものである可能性があるとさえ考えている人もいます。すべての銀河。
暗黒物質が原初のブラック ホールだけで構成されているわけではないとしても、その存在の可能性は、宇宙の進化に対する影響だけでなく、その起源についても、天体物理学者や宇宙学者にとって刺激的な見通しです。それらは、ホーキング蒸発によってビッグバンの遺物放射に歪みを生じさせた可能性があります。彼らは、すべての銀河の中心にある超大質量ブラックホールの前駆体を生み出した可能性があります.それらの存在は、ビッグバンの初期条件を設定するメカニズムへのウィンドウを提供する可能性があります.当分の間、それらを除外することは頑固に困難なままであり、著者を含む多くの宇宙学者と天体物理学者は、その可能性に夢中になっています.
Subodh Patil は、コペンハーゲン大学ニールス ボーア研究所の理論物理学者です。彼は @_subodhpatil で時々ツイートしています。
