宇宙の大部分を占める暗黒物質は原子ブラックホールかもしれない

カブリ数物連携宇宙研究所の国際的な研究チームは、星や銀河が生まれる前の宇宙で形成された可能性のあるブラックホールについて調査しています。
研究は、宇宙の大部分を占める謎の暗黒物質が原始ブラックホールで構成されている可能性がある事を示しています。

The Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) is home to many interdisciplinary projects which benefit from the synergy of a wide range of expertise available at the institute. One such project is the study of black holes that could have formed in the early universe, before stars and galaxies were born.  

参照元：https://www.ipmu.jp/en/20201224-PBH-multiverse
– カブリ数物連携宇宙研究所 Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe. December 24, 2020 –

カブリ数物連携宇宙研究所（Kavli IPMU）には、研究所で利用できる幅広い専門知識の相乗効果から恩恵を受ける多くの学際的なプロジェクトがあります。

そのようなプロジェクトの1つは、星や銀河が生まれる前の初期の宇宙で形成された可能性のあるブラックホールの研究です。

このような原始ブラックホール（PBH）は、暗黒物質の全部または一部を占め、観測された重力波信号の一部を担い、銀河や他の銀河の中心にある超大質量ブラックホールをシードする可能性があります。

それらはまた、それらが中性子星と衝突してそれらを破壊し、中性子に富む物質を放出するときに、重元素の合成において役割を果たす可能性があります。

特に、宇宙の大部分を占める謎の暗黒物質が原始ブラックホールで構成されている可能性があります。

2020年のノーベル物理学賞は、ブラックホールの存在を確認した発見により、理論家のロジャーペンローズと、2人の天文学者であるラインハルトゲンツェルとアンドレアゲズに授与されました。

ブラックホールは自然界に存在することが知られているため、暗黒物質の非常に魅力的な候補になります。

PBHを求めた基礎理論、天体物理学、天文観測の最近の進歩は、カブリIPMUのメンバーであるアレクサンダークセンコ氏、佐々木節氏、杉山正博氏、高田正博氏、ヴォロディミールタキストフ氏を含む素粒子物理学者、宇宙論者、天文学者の国際チームによってなされました。

原始ブラックホールについてさらに学ぶために、研究チームは手がかりを求めて初期の宇宙を調べました。

初期の宇宙は非常に密度が高かったため、50％を超える正の密度変動はブラックホールを作成しました。

しかし、種をまく銀河の宇宙論的摂動ははるかに小さいことが知られています。

それにもかかわらず、初期の宇宙の多くのプロセスは、ブラックホールが形成されるための適切な条件を作り出した可能性があります。

刺激的な可能性の1つは、インフレーション中に作成された「赤ちゃんの宇宙」から原始ブラックホールが形成される可能性があることです。

インフレーションの間、赤ちゃんの宇宙は私たちの宇宙から分岐する可能性があります。

小さな赤ちゃん（または「娘」）の宇宙は最終的に崩壊しますが、少量で放出された大量のエネルギーによってブラックホールが形成されます。

さらに奇妙な運命が、より大きな赤ちゃんの宇宙を待っています。

それがいくつかの臨界サイズよりも大きい場合、アインシュタインの重力理論は、赤ちゃんの宇宙が内側と外側の観察者に異なって見える状態で存在することを可能にします。

内部の観測者はそれを膨張宇宙と見なし、外部の観測者（私たちなど）はそれをブラックホールと見なします。

どちらの場合でも、大きな赤ちゃんの宇宙と小さな赤ちゃんの宇宙は、「事象の地平線」の背後にある複数の宇宙の基礎となる構造を隠す原始ブラックホールとして私たちに見られています。

事象の地平線は、その下では光さえもすべてが閉じ込められ、ブラックホールから逃れることができない境界です。

彼らの論文では、チームはPBH形成の新しいシナリオを説明し、「多元宇宙」シナリオのブラックホールは、巨大なデジタルカメラである8.2mスバル望遠鏡のハイパーSuprime-Cam（HSC）を使用して見つけることができることを示しました。

KavliIPMUが重要な役割を果たしてきた管理-山の4,200メートルの頂上近く。ハワイのマウナケア。

彼らの仕事は、カブリIPMUの主任研究員である高田正博氏と彼のチームが追求しているPBHのHSC検索の刺激的な拡張です。

HSCチームは最近、新倉氏、高田氏らにおけるPBHの存在に対する主要な制約を報告しました。

この研究にHSCが不可欠だったのはなぜですか？

HSCには、アンドロメダ銀河全体を数分ごとに画像化する独自の機能があります。

ブラックホールが視線を通過して星の1つに到達すると、ブラックホールの重力によって光線が曲がり、星が以前よりも短時間明るく見えます。

星が明るくなるまでの時間は、天文学者にブラックホールの質量を伝えます。

HSC観測では、1億個の星を同時に観測し、視線の1つを横切る可能性のある原始ブラックホールの広い網を投げかけることができます。

最初のHSC観測では、「多元宇宙」からのPBHと一致する非常に興味深い候補イベントがすでに報告されており、ブラックホールの質量は月の質量に匹敵します。

この最初の兆候に勇気づけられ、新しい理論的理解に導かれて、チームは検索を拡張し、多元宇宙シナリオからのPBHがすべての暗黒物質を説明できるかどうかの決定的なテストを提供するために新しいラウンドの観測を行っています。