ローマの望遠鏡が原始ブラックホールを探索

NASAナンシー・グレース ローマの宇宙望遠鏡 それは、地球と同様の質量を持つ、これまで検出されていなかった「フェザーウェイト」ブラックホールを明らかにするかもしれない。 宇宙の始まりに形成されたこれらの原始ブラックホールは、天文学と素粒子物理学の理解に大きな影響を与える可能性があり、宇宙の暗黒物質の一部を説明できる可能性があります。

天文学者は、太陽の数倍から数百億までの質量を持つブラックホールを発見しました。 今回、科学者グループは、NASAのナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡が、これまで発見できなかった「フェザー級」クラスのブラックホールを発見できるだろうと予測した。

現在、ブラックホールは、大質量星が崩壊するとき、または大質量天体が合体するときに形成されます。 しかし、科学者らは、地球と同様の質量を持つものを含む、より小さな「原始」ブラックホールが、初期宇宙の最初の混沌とし​​た瞬間に形成された可能性があると疑っている。

カリフォルニア大学サンタフェ校の博士研究員ウィリアム・ディロッコ氏は、「地球質量の原始ブラックホール集団の発見は、天文学と素粒子物理学の両方にとって驚くべき一歩となるだろう。なぜなら、これらの天体は既知の物理的過程によって形成されたはずがないからだ」と述べた。 クルーズ博士は、ローマ人がどのようにしてそれらを発見したかに関する研究を主導しました。 結果を説明した論文 雑誌に掲載されました 身体的検査 d。 「もしそれらを発見できれば、理論物理学の分野に激震が走ることになるでしょう。」

NASA のローマ宇宙望遠鏡を使用した地球質量の原始ブラックホールの発見は、宇宙と暗黒物質に対する私たちの理解を変える可能性があります。 出典: NASA ゴダード宇宙飛行センター

原始ブラックホールのレシピ

現在形成されている最も小さなブラックホールは、巨大な星が燃料を使い果たすときに誕生します。 核融合が減少するにつれて外部圧力は減少するため、内部重力が綱引きに勝ちます。 星は収縮しており、密度が高くなりすぎて… ブラックホール。

ただし、必要な最小質量はあります。それは太陽の質量の少なくとも 8 倍です。 軽い星は白色矮星か中性子星になります。

しかし、宇宙のごく初期の状況では、はるかに軽いブラックホールの形成が可能になった可能性があります。 地球の質量を測る人が持つ事象の地平線（落下物体が帰還できない地点）は、およそ 10 セント硬貨の幅に相当します。

科学者らは、宇宙が誕生したとき、空間が光速を超える速度で膨張したインフレーションとして知られる、短くても激しい段階を経たと考えています。 このような特殊な条件では、周囲の領域よりも密度の高い領域が崩壊して、低質量の原始ブラックホールを形成した可能性があります。

理論によれば、宇宙が現在の年齢に達する前に、最も小さなものは蒸発しなければならないが、地球と同様の質量を持つものは生き残ったであろう。

これらの小さな天体の発見は、物理学と天文学に大きな影響を与えるでしょう。

ボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所の天文学者カイラス・サフ氏は、「これは銀河の形成から宇宙の暗黒物質の含有量、宇宙の歴史に至るまで、あらゆるものに影響を与えるだろう」と述べた。 「彼らの身元を確認するのは大変な作業で、天文学者は多くの説得力を必要とするでしょうが、それだけの価値はあるでしょう。」

スティーブン・ホーキング博士は、放射線が逃げるにつれてブラックホールがゆっくりと収縮する可能性があると仮説を立てました。 現在ホーキング放射として知られているもののゆっくりとした漏れは、時間の経過とともにブラックホールを単純に蒸発させます。 このインフォグラフィックは、推定寿命と事象の地平線 (落下物体がブラック ホールの重力から逃れられなくなる点)、およびさまざまな小さな質量のブラック ホールの直径を示しています。 出典: NASA ゴダード宇宙飛行センター

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観測により、そのような物体が銀河系に潜んでいる可能性があるという証拠がすでに明らかになっている。 原始ブラックホールは目に見えないかもしれないが、時空のしわは潜在的な容疑者を捕まえるのに役立っている。

マイクロレンズ効果は、トランポリン上に置かれたボウリングのボールによって残される痕跡のように、時空構造を歪める質量の存在によって引き起こされる観察効果です。 私たちの視点から物体が背景の星の近くを漂っているように見えるときはいつでも、星の光は物体の周りの歪んだ時空を横切る必要があります。 位置合わせが特に近い場合、物体は自然なレンズとして機能し、背景の星の光を集束して増幅します。

天文学者の別のグループは、MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) (ニュージーランドのマウントジョン大学天文台を使用してマイクロレンズ観測を行う共同研究) と OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) のデータを使用してこのことを発見しました。 予想外に多数の孤立した地球質量天体。

惑星の形成と進化の理論は、特定の質量と豊富な不正惑星、つまり恒星につながれずに銀河を歩き回る世界を予測しています。 MOA と OGLE の観測は、モデルが予測するよりも多くの地球質量の物体が銀河内を漂っていることを示しています。

このアーティストのコンセプトは、小さな原始ブラック ホールを想像するというファンタジーなアプローチをとっています。 実際、そのような小さなブラックホールは、ここで見えるようにする降着円盤を形成するのが難しいでしょう。 出典: NASA ゴダード宇宙飛行センター

「地球質量のブラックホールと不正惑星をケースバイケースで区別する方法はありません」とディロッコ氏は述べた。 しかし科学者らは、ローマンが地上の望遠鏡よりも10倍大きいこの質量範囲の天体を多数発見すると予想している。 「ローマンは、統計的にこの 2 つを区別するのに非常に強力です。」

ディロッコは、この質量範囲内にいくつの不正惑星が存在する必要があるのか​​、そしてローマ人がそれらの間で区別できる原始ブラックホールの数を決定する取り組みを主導しました。

原始ブラックホールが発見されれば、宇宙のごく初期に関する新たな情報が明らかになり、初期のインフレーションがすでに起こっていたことが強く示唆されるだろう。 また、科学者らが宇宙の質量の大部分を占めているがまだ特定できていない謎の暗黒物質のごく一部についても説明できる可能性がある。

「これは、ローマンが惑星探索中にすでに持っているデータを使って、より多くの科学者ができることを示す興味深い例です」とサフ氏は語った。 「科学者たちが地球質量ブラックホールの証拠を発見するかどうかにかかわらず、この結果は興味深いものです。いずれにせよ、宇宙についての私たちの理解が深まるでしょう。」

参考文献: 「ナンシー グレース ローマン宇宙望遠鏡を使用した地球質量原始ブラック ホールの検出」ウィリアム ディロッコ、エヴァン フランジパニ、ニック ハマー、ステファノ プロフーモ、ノーラン スミス著、2024 年 1 月 8 日、 身体的検査 d。
土井: 10.1103/PhysRevD.109.023013

ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡は、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターで運用されており、NASAのジェット推進研究所、南カリフォルニアのカリフォルニア工科大学/IPAC、ボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所、および米国の科学者を含む科学チームが参加しています。世界中で。 研究機関。 主な産業パートナーは、コロラド州ボルダーの BAE Systems, Inc. です。 L3Harris Technologies（ニューヨーク州ロチェスター） カリフォルニア州サウザンドオークスの Teledyne Scientific & Imaging 社。