天の川の中心にある超大質量ブラックホールはどのように見えますか?来年初めには、それが分かるかもしれません。 Event Horizo n Telescope（実際には地球の有効直径を持つ仮想望遠鏡）は、過去数年間、射手座A *を指しています。天体物理学コミュニティのほとんどの研究者は、地球上の望遠鏡から撮影されたその画像が、ブラック ホールの証拠となる兆候を示すことを期待しています。中央の黒い影、つまり事象の地平線。これは、ブラックホール特異点の引力が強すぎて光が逃げることができない空間の領域を囲みます。
しかし、ローレンス リバモア国立研究所の物理学者であるジョージ チャップリンは、ブラック ホールが見られるとは考えていません。彼はそれらが本物だとは信じていません。 2005 年、彼は Nature に次のように語っています。 「ブラックホールが存在しないことはほぼ確実」であり、物理学のノーベル賞受賞者であるロバート・ラフリンと行った以前の研究に基づいて、彼が「暗黒エネルギー星」と名付けた別のモデルを導入しました。暗黒エネルギーは、宇宙全体に浸透しているように見える独特の種類のエネルギーを説明するために物理学者が使用する用語です。重力が物体を互いに近づけようとするときでさえ、それは時空自体の構造を拡張します。チャップリンは、崩壊する星の莫大なエネルギーにより、その陽子と中性子が崩壊して、彼が「真空エネルギーの液滴」と呼ぶものとともに、光子と他の素粒子のガスになると考えています。これらは時空の「凝縮された」段階を形成します。これは、十分な圧力下の気体が液体に移行するのと同じように、星を取り巻く時空よりもはるかに高い密度の暗黒エネルギーを持っています。これにより、重力を寄せ付けず、特異点の形成を防ぐために必要な圧力が提供されます。時空に特異点がなければ、ブラック ホールは存在しません。
このアイデアは、天体物理学のコミュニティでは支持されていません。過去 10 年間、このトピックに関する Chapline の論文は 1 桁の引用しか獲得していません。対照的に、素粒子物理学における彼の最も人気のある論文は、600 回以上引用されています。しかしチャップリンは、科学の荒野を彷徨う彼の日々が間もなく終わるのではないかと考えています。彼は、イベント ホライズン テレスコープが暗黒エネルギーの星が実在するという証拠を提供すると信じています。
このアイデアは、Evan Hohlfeld と David Santiago による 2000 年の論文にまでさかのぼります。この論文では、Chapline と Laughlin がボーズ アインシュタイン凝縮体として時空をモデル化しました。絶対零度。 Chapline と Laughlin のモデルは本質的に量子力学的です:一般相対性理論は、時空凝縮体が大規模に振る舞う方法の結果として現れます。このモデルの時空も、エネルギーを獲得または喪失するときに相変換を受けます。他の科学者たちも、これが有望な道だと考えています。日本の物理学者グループによる 2009 年の論文では、「[ボース アインシュタイン凝縮体] は曲がった時空を類推するための最も有望な量子流体の 1 つです」と述べられています。
Chapline と Laughlin は、ほとんどの科学者が時空が相転移を起こした領域としてブラック ホールであると考えている崩壊した星を説明できると主張しています。彼らは、一般相対性理論の法則が、時空の 2 つの異なる段階の間の境界を示す事象の地平線を除いて、崩壊した星の近くのどこでも有効であることを発見しました。
凝縮モデルでは、崩壊した星を取り囲む事象の地平線は、もはや引き返せない点ではなく、通過可能な物理的な表面です。この特徴は、ブラック ホールの特徴である特異点の欠如と共に、情報の破壊のようなブラック ホールに関連するパラドックスが発生しないことを意味します。ラフリンは、彼とチャップリンの当初の考えをはるかに超えた推測には消極的です。彼は、チャップリンが暗黒エネルギーの星を持っている何かに近づいていると信じていますが、「しかし、私たちが会社を離れるのは、ほとんどの科学者がブラックホールと呼んでいる真空の「フェーズ」が内部にある可能性があることについて、私たちが喜んで推測することです」とラフリンは言いました.実験データが内部相についてさらに明らかにするまで、彼は延期します。 「それから、このテーマについて 2 番目の論文を書きます」と彼は言いました。
近年、Chapline は、サウスカロライナ大学の Pawel Mazur やライプツィヒ大学の Piotr Marecki を含む他の数人の著者と協力して、暗黒エネルギー星のモデルを改良し続けています。彼は、ダーク エネルギーの星は、ブラック ホールのように球状でも扁平状でもないと結論付けています。代わりに、トーラスまたはドーナツの形をしています。暗黒エネルギー星のような回転するコンパクトな天体では、チャップリンは、時空凝縮体の量子効果が天体の回転軸に沿って大きな渦を生成すると考えています。渦の内側の領域は空であるため (渦の中心に形成されるくぼみを考えてみてください)、ダーク エネルギー スターの中心は中空であり、芯のないリンゴのようです。量子力学を使用して回転する超流動滴をモデル化すると、同様の効果が観察されます。そこでも、回転する水滴の中心に中心渦が形成され、驚くべきことに、その形状が球からトーラスに変わることがあります。
Chapline にとって、この奇妙なトロイダル形状は暗黒エネルギー星のバグではなく、天体ジェットの起源と形状を説明するのに役立つ特徴です。ブラックホールのようなコンパクトな天体。 Chapline は、ダーク エネルギー星のメカニズムを特定したと考えています。このメカニズムは、天体物理ジェットの観測を、ブラック ホールの外側の降着円盤から抽出され、ブラック ホールの回転軸に沿って細いビームに集束されると仮定する主流のジェットよりもよく説明しています。 Chapline にとって、暗黒エネルギー星に向かって落下する物質とエネルギーは、喉の内側 (「ドーナツ ホール」) に到達し、喉を周回する電子は、ビアマン バッテリーのように、ジェットを駆動するのに十分な強力な磁場を生成します。 .
Chapline は、ロチェスター大学の OMEGA レーザー施設の科学者がレーザーを使用して磁化ジェットを作成し、平らな表面にリング状の励起を形成した最近の実験研究を指摘しています。実験は暗黒エネルギーの星を念頭に置いて実施されたわけではありませんが、チャップリンは、リングのような励起（チャップリンはそれを「火の輪」と呼んでいます）がまさに彼の喉に沿って起こると予想していたものであるため、それが彼の理論を支持すると信じています。暗黒エネルギー星。彼は、リングが暗黒エネルギー星の存在を支持する鍵になる可能性があると信じています.イベント・ホライズン・テレスコープの画像に「これは最終的にはっきりと現れるはずだ」とチャップリンはリングに言及して言った.
Chapline はまた、ダーク エネルギー スターは光に対して完全に不透明ではないことも指摘しています。ダーク エネルギー スターの内部は完全に黒ではなく、その背後にある星の歪んだ画像が表示されます。しかし、他の物理学者は、従来のブラック ホール モデルからのこの種の逸脱がイベント ホライズン テレスコープのデータに現れることに懐疑的です。イタリアのトリエステにある国際高等学校の物理学者であるラウル・カルバロ=ルビオは、半古典相対論的星として知られるブラックホールに代わる独自のモデルを開発しました。代替ブラック ホール モデルについてより一般的に言えば、Caraballo-Rubio は、「これらのモデルで発生する [ブラック ホールとの] 違いは、イベント ホライズン テレスコープで検出するには小さすぎる」と述べています。
Chapline は、12 月にサンタバーバラの Kavli Institute for Theoretical Physics で、暗黒エネルギー星の予測について話し合う予定です。しかし、たとえ彼の予測が確認されたとしても、科学界が一夜にして確信を持てるようになるとは思っていないと彼は述べた。 「今後数年間、[イベント ホライズン テレスコープ] の人々は、自分たちが見ているものに混乱するだろうと私は予想しています。」
Jesse Stone は、アイオワ州アイオワシティを拠点とするフリーライターです。 [email protected] までご連絡ください。
動画:一般の人々がブラック ホールにこれほどまでに魅了される理由
