私たちが知っているブラックホールは存在しない可能性があります

もしあなたがブラックホールに飛び込むとしたら (これはお勧めしませんが)、おそらく中心に特異点、つまり無限に小さく密度の高い点を見つけるでしょう。あるいは、それが物理学者が常に考えてきたことです。

しかし今回、二人の科学者は、一部のブラックホールはまったくブラックホールではない可能性があると示唆しています。むしろ、それらはぎっしりと詰まった奇妙な物体かもしれません。ダークエネルギー宇宙の境界に押し寄せていると考えられている神秘的な力で、宇宙の膨張はますます加速しています。

「もし私たちがブラックホールだと思っていたものが、実際には特異点のない物体だったとしたら、私たちの宇宙の加速膨張はアインシュタインの一般理論の自然な結果である」相対性理論」とハワイ大学メノア校の天体物理学者ケビン・クローカー氏は語った。

Croker 氏とその同僚は、8 月 28 日にオンラインで公開された新しい研究でこのアイデアについて説明しています。天体物理学ジャーナル。もし彼らの考えが正しければ、そしてブラックホールの中心にある特異点が、すべてをバラバラに飛ばす奇妙なエネルギーに置き換えられる可能性があり、それはこれらの高密度の天体についての私たちの考え方に革命をもたらすかもしれません。

二人はブラックホールの内部にあるものを明らかにするために活動していたわけではありません。クローカー氏と同大学の数学名誉教授ジョエル・ウェイナー氏は、アインシュタインの一般相対性理論を簡略化したフリードマン方程式に注目していた。(相対性理論は、質量とエネルギーが時空をどのように歪ませるかを説明します。)物理学者はフリードマンの方程式を使用して宇宙の膨張を説明します。その理由の 1 つは、相対性理論を説明するアインシュタインの方程式よりも数学が単純であるためです。研究チームは、フリードマン方程式を適切に記述するためには、中性子星やブラックホールのような宇宙の超高密度で孤立した領域を、他のすべての領域と同じ数学的方法で扱う必要があることを発見しました。以前、宇宙論者は、ブラックホールの内部など、超高密度で孤立した領域の内部の詳細を無視するのが合理的であると信じていました。

「私たちは、[これらの方程式を正しく構築する]方法が 1 つしかないことを示しました」と Croker 氏は Live Science に語った。「そして、その方法、つまり正しい方法でそれを実行すると、いくつかの興味深いことがわかります。」

新しい結果は、宇宙の加速膨張に必要なすべての暗黒エネルギーが、ブラックホールに代わるこれらの物質に含まれている可能性があることを示唆しています。研究者らは、フリードマン方程式の書き方を修正した後、数学でこのことを発見しました。そして、アストロフィジカル・ジャーナルに投稿され、プレプリントジャーナルに9月7日に掲載されたフォローアップ論文で arXiv、彼らは、暗黒エネルギーの汎用天体（GEODE）と呼ばれるブラックホールの代替物が、2016年からの重力波観測の特殊性の説明にも役立つ可能性があることを示しました。

フリードマンの方程式からの数学は、時間の経過とともに、これらの超高密度の物体の重量が単に増加することを示しました。宇宙の膨張近くに消費できる材料がない場合でも。膨張する空間を通過する光がエネルギーを失うのと同じように (赤方偏移として知られる効果)、空間が膨張するにつれて物質の重量も減少します。通常、その影響は非常に小さいため目に見えません。しかし、相対論的材料として知られる、内部に非常に強い圧力がかかる超高密度材料では、その効果が顕著になります。暗黒エネルギーは非常に相対論的であり、その圧力は通常の物質や光とは反対に作用します。そのため、暗黒エネルギーで作られた物体 (これらの仮想の GEODE など) は時間の経過とともに重量が増加します。

「光というのは一種奇妙なものです。光は多くの点で直観に反した動作をします」とクロカー氏は言う。「人々は、この挙動が他の天体でも見られるとは予想していませんでした。しかし、私たちは、確かに、別の天体、つまりGEODEの内部でもそれを見ることができることを示しました。」

GEODE は 1960 年代に初めてアイデアとして提案されましたが、それを裏付ける数学が解明されたのは最近になってからです。しかし、これらの奇妙な天体は、観測された大規模なブラックホールの合体についての簡単な説明も提供する可能性があることが判明した。2016 年に、レーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) と乙女座の共同研究のメンバーが発表しました。彼らはブラックホールの合体を初めて観測したしかし、想定されるブラックホールの計算された質量は予想外でした - 科学者は質量がはるかに高いか低いと予想していました。

しかし、GEODE は従来のブラックホールとは異なり、時間の経過とともに重量が増加します。若い宇宙で形成された 2 つの GEODE が最終的に衝突した場合、衝突するまでに、それらは通常のブラックホールよりも大きくなったでしょう。その時点までに、GEODE の質量は、LIGO-Virgo によって観測された衝突で見られた質量と一致するでしょう。GEODE は、合併に至った非常に特殊な状況を考える必要がなく、観測結果を説明するためのより簡単な解決策を提供できる可能性があります。

ただし、すべての科学者が確信しているわけではありません。これらの天体の新しい説明は「直観に反し、理解しがたい」と、この研究には関与していないポルトガルの高等技術研究所の物理学教授、ヴィトール・カルドーソ氏が電子メールでLive Scienceに語った。しかし、「私はブラックホールの代替物を見つけるというアイデアが好きです。それは私たちにブラックホールのパラダイムを強化することを強いることになります。また、時々、探さないと何かを見つけるのが難しいこともあります。」と彼は付け加えた。

最初に公開されたのは ライブサイエンス。