平均すると、原始ブラックホールは 10 年ごとに太陽系を通過します。

著者：Gou Lijun

ブラックホールは、映画やテレビ番組ですでに皆さんもよくご存知だと思います。しかし、あなたが聞いたことがないかもしれないブラックホールが 1 つあります。それは、原始ブラックホールです。そして、このタイプのブラックホールは、平均して 10 年に 1 回、私たちの太陽系を「訪れる」可能性があります。原始ブラックホールとは何ですか?太陽系も吸い込まれてしまうのでしょうか？今日はブラックホールについてお話します。

最近、「Physical Reviews」のD巻に論文が掲載されました。もし暗黒物質が本当に微小な原始ブラックホールで構成されているのであれば、理論上は平均して 10 年ごとに 1 つの原始ブラックホールが太陽系を通過することになります。火星が太陽系を移動する際の軌道の揺れを検出することで、それらの存在を検出できる可能性があります。

私たちは一般的に恒星ブラックホールをよく知っていますが、これは最も一般的なタイプのブラックホールファミリーです。これらは恒星の崩壊によって形成され、その質量は通常太陽の数倍から数十倍になります。私たちの銀河にはこのようなブラックホールが何億個も存在すると推定されています。恒星ブラックホールは、巨大な恒星がその寿命の終わりに超新星爆発を起こし、その中心核が崩壊するときに形成されます。

私は有名な恒星質量ブラックホール「はくちょう座X-1」を研究する機会に恵まれました。白鳥座X-1は、私たちが知る限り最も古くから確認されているブラックホールです。物理学者のキップ・ソーンとホーキングはかつて、それがブラックホールであるかどうかについて賭けをしたことがある。現在では、それが巨大な恒星と連星系を形成するブラックホールであることが分かっています。このブラックホールの重力場は、伴星から物質を剥ぎ取るほど強力で、ブラックホールを取り囲む降着円盤を形成します。

研究を通して、私たちは白鳥座X-1までの距離と質量、そしてブラックホールの回転を正確に測定しました。スピンとはブラックホールの重要な特性であり、ブラックホールが回転する速度を反映します。ブラックホールの周囲の降着円盤から放射されるX線放射を分析することで、白鳥座X-1の回転速度を測定し、このブラックホールの「回転」の謎を解明することができました。これらの研究は、恒星質量ブラックホールに対する理解を深めるだけでなく、より質量の大きいブラックホールのさらなる探査のための参考資料も提供します。

恒星ブラックホールとは異なり、原始ブラックホールは恒星の進化によって形成されるものではありません。それらの起源は宇宙の始まりまで遡ることができます。ビッグバンの直後、量子ゆらぎによって引き起こされた局所的な重力崩壊によって、原始的なブラックホールが発生しました。

原始ブラックホールの質量は、水素原子（約 10^-24 グラム）と同じくらい軽いものから、太陽の質量の数億倍ほど重いものまで、非常に多様です。

今のところ、原始ブラックホールの存在は仮説の域を出ないが、暗黒物質の候補となる可能性がある小さな原始ブラックホールの研究に関心を持つ科学者が増えている。暗黒物質は宇宙の質量の大部分を占めているが、直接検出されたことはない。原始ブラックホールは、通常の物質に比べて体積が比較的小さく、相互作用を引き起こすような通常の物質との衝突がほとんどないため、従来の方法では検出が困難ですが、重力の影響によってその痕跡が明らかになる可能性があります。

近年、科学者たちは原始ブラックホールを検出するためのいくつかの新しい方法を提案しています。例えば、研究者たちは、火星や他の惑星の軌道を正確に測定することで、原始ブラックホールの痕跡を探すことができるのではないかと提案している。原始ブラックホールが惑星に近づくと、その強力な重力によって惑星の軌道に小さな揺れが生じることがあります。これらの振動は極めて小さいですが、現代の高度な天文機器によって検出することができます。

さらに、科学者たちは、GPS システムなどの全地球航法衛星システムを通じて、原始ブラックホールの存在を検出しようともしています。小さな惑星質量の原始ブラックホールが地球から数千キロメートル以内を通過した場合、衛星軌道への影響は最小限ですが、これらの変化は長期間にわたって蓄積されたデータによって記録される可能性があります。同様の研究アイデアは、原始ブラックホールの検出に新たな可能性をもたらします。

原始ブラックホールといえば、中国科学技術博物館が制作した短編科学映画「パンダ伝説 - ブラックホールのキス」に参加したことを思い出します。この映画では原始的なブラックホールがストーリーに取り入れられている。この映画は、非常に速い速度で地球に近づいている原始的なブラックホールを偶然発見した賢いレッサーパンダを描いています。幸いなことに、この原始的なブラックホールは地球に実際の脅威を与えることはなく、一時的に訪れた「幽霊」のように宇宙に静かに消えていった。

「パンダ伝説」は芸術的な創作であるだけでなく、原始ブラックホールの科学的概念についての私の探求と思考でもあります。この短編映画を通して、より多くの方々にこの神秘的な天体について知っていただき、また観客の皆さんの宇宙の未知の領域に対する好奇心を刺激していただければ幸いです。

原始ブラックホールの研究はまだ進化しています。今後、天体観測技術が進歩すれば、その存在をより明らかにできるかもしれません。重力波の検出、惑星軌道の正確な測定、宇宙マイクロ波背景放射の分析などを通じて、科学者たちは原始ブラックホールの痕跡を見つけるために懸命に取り組んでいます。それらは暗黒物質の謎を解く鍵となるかもしれないし、宇宙の起源と進化を理解するための重要な手がかりとなるかもしれない。

宇宙探査の道において、原始ブラックホールの研究は間違いなく私たちに新たな窓を開いてくれました。白鳥座X-1が恒星質量ブラックホールに関する新たな知見を与えたのと同様に、原始ブラックホールの研究は宇宙に対する私たちの理解をさらに深め続けるでしょう。科学の果てしない領域では、あらゆる発見は神秘的なベールの一角を持ち上げるのに似ており、その背後にある謎を解き明かすのを待っています。