これがブラックホールと暗黒物質の関係なのでしょうか？

天体物理学ジャーナルの最新号に掲載された研究によると、マイアミ大学、イェール大学、欧州宇宙機関の天体物理学者が、原始ブラックホールが宇宙のすべての暗黒物質の源であるという教科書を覆す見解を提唱している。

彼らは宇宙の形成に関する代替モデルを構築し、すべてのブラックホール（ピンの頭ほどの小ささのものから数十億キロメートルに及ぶものまで）がビッグバン直後に生成され、すべての暗黒物質を「占領」したことを発見した。

この研究は、ブラックホールは宇宙の誕生以来存在しており、これらの原始的なブラックホールがこれまで説明のつかなかった暗黒物質の祖先である可能性があることを示唆している。最近打ち上げられたジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が将来的にこれを証明する決定的なデータを収集できれば、この発見は暗黒物質とブラックホールという2つの大きな宇宙の謎の起源と特性に関する科学的理解を変えることになるかもしれない。

「我々の研究は、もし暗黒物質が未知の粒子ではなく、1970年代にスティーブン・ホーキング博士が信じていたように、ビッグバンの間に形成されたブラックホールから来たとしたら、初期の宇宙はどのような様子だったかを予測している」とマイアミ大学の物理学助教授ニコ・カペルティ氏は語った。

「新しい物理学」はもう必要ない？

「これはいくつかの重要な意味を持つだろう」とカペルティ氏は語った。 「第一に、暗黒物質を説明するのに『新物理学』は必要なくなります。第二に、これは現代天体物理学における最も興味深い疑問の一つである『初期宇宙の超大質量ブラックホールはなぜこれほど急速に成長できたのか？』に答えるのに役立ちます。」

今日私たちが現代の宇宙で観察しているメカニズムを考慮すると、それらが形成されるには十分な時間がなかったことになります。これにより、銀河の質量が常にその中心にある超大質量ブラックホールの質量に比例する理由についての長年の謎も解明されることになる。 ”

これまで直接観測されたことのない暗黒物質は、宇宙の物質の大部分を構成し、銀河の形成と成長の足場として機能していると考えられています。一方、観測されており、ほとんどの銀河の中心で発見されているブラックホールは、空間内の物質が一点に非常に密に圧縮されているため、強い重力を及ぼします。

イェール大学の天文学および物理学の教授であるプリヤワンダ・ナタラジャン氏と欧州宇宙機関の科学ディレクターであるギント・ハシンガー氏が主導した新しい研究は、さまざまなサイズのいわゆる原始ブラックホールが実際に宇宙の暗黒物質のすべてを「占めている」ことを示唆している。

ブラックホール、君たちはすべて謎だ

「ブラックホールの大きさの違いは謎のままだ」とハシンガー氏は説明した。 「宇宙が誕生して以来、比較的短期間で超大質量ブラックホールがどのようにしてこれほど巨大化できたのかは、まだわかっていない。」

彼らのモデルは、もともとホーキング博士と物理学者バーナード・カーが提唱した理論を微調整したものである。カーは、ビッグバン後の最初の数分の1秒間に宇宙の密度がわずかに変動し、余分な質量を持つ「でこぼこした」領域を含む起伏のある地形が形成された可能性があると示唆した。これらの巨大な領域は崩壊してブラックホールになります。

この理論には科学的な裏付けはないが、カペルティ、ナタラジャン、ハシンガーは、若干の修正を加えれば有効になる可能性があると述べている。彼らのモデルは、初期の宇宙では最初の星と銀河がブラックホールの周囲に形成されたことを示唆している。彼らはまた、原始ブラックホールは近くのガスや星を飲み込んだり、他のブラックホールと合体したりすることで、超大質量ブラックホールに成長する能力を持っていると提唱した。

「原始ブラックホールが存在するとすれば、それはおそらく、我々の銀河の中心にあるブラックホールを含め、すべての超大質量ブラックホールが形成される元となるものだ」とナタラジャン氏は語った。 「個人的に、このアイデアは非常にエキサイティングだと思います。なぜなら、私が取り組んでいる2つの非常に難しい問題、つまり暗黒物質の性質の探究とブラックホールの形成と成長を巧みに統合し、一挙に解決するからです。」

肯定か否定か、答えはすぐにわかる

原始ブラックホールは、宇宙全体に散らばる遠くの暗い源から検出される、X線放射と同期した過剰な赤外線放射という、別の宇宙論的謎も解くかもしれない。研究者らは、成長中の原始ブラックホールは「全く」同じ放射線の特徴を示すだろうと述べた。

最も重要なのは、原始ブラックホールの存在が近い将来に確認されるか、あるいは否定されるかもしれないということだ。それは昨年末にフランス領ギアナから打ち上げられたジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡と、2030年代に計画されている欧州宇宙機関のレーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）ミッション次第である。

ウェッブ望遠鏡は、ハッブル宇宙望遠鏡の後継としてNASA、欧州宇宙機関、カナダ宇宙機関によって開発され、130億年以上の宇宙の歴史を振り返ることができます。もし暗黒物質が原始的なブラックホールで構成されているなら、初期の宇宙ではその周囲にさらに多くの星や銀河が形成されていたはずであり、宇宙タイムマシンでそれを観測できるはずだ。

「最初の星や銀河がいわゆる『暗黒時代』にすでに形成されていたとすれば、ウェッブ氏はその証拠を見ることができるはずだ」とハシンガー氏は語った。

同時に、LISA は原始ブラックホールの初期の合体からの重力波信号を拾うことができるようになります。

出典：科技日報

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