物理学者スティーブン・ホーキング博士は人生の一部をブラックホールの研究に費やし、興味深い発見をしました。ホーキング博士は、これらの物体はホーキング放射と呼ばれる放射線の形で蒸発する可能性があると提案しました。このホーキング放射は、量子効果を通じてブラックホールに電磁放射の形でエネルギーを失う原因となります。
ホーキング博士はまた、その過程を説明する方程式を発見し、質量の大きいブラック ホールは質量の小さいブラック ホールよりもゆっくりと蒸発することを認識しました。この蒸発は黒体放射スペクトルによって記述されるため、発光ピークの波長を観察することが可能になります。しかし、これまでホーキング放射の観測は非現実的でした。
イタリアとフランスの共同研究者グループは今週、この現象を観察することが可能であると主張する研究結果を発表した。このアイデアは、高エネルギー粒子望遠鏡によるブラックホール衝突の観察を利用することです。焦点は、ブラックホールの合体周りで起こる相対論的効果を研究することになるだろう
ブラックホール
ブラック ホールは、宇宙で最も単純かつ最も複雑な物体です。この単純さは、質量、スピン、電荷という 3 つの特性が異なるだけであるという事実によるものです。天体はすぐに中性化する傾向があるため、通常は質量とスピンのみが考慮されます。これらの特性に従って分類されます。
各銀河の中心には、数千から数十億の太陽質量の質量を持つ超大質量ブラックホールがあります。そして、天の川のような銀河には、数十億の太陽質量ブラックホールが存在します。これらの物体が互いの重力相互作用領域に入ると、それらは融合するまで互いに向かって螺旋を描く可能性があります。
ホーキング放射
物理学者のスティーブン・ホーキング博士は 1974 年に、ブラックホールの端での量子効果によりブラックホールが放射線を放出する可能性があると提案しました。これは、真空は実際には空ではなく、仮想粒子の絶え間ない生成によって満たされるという量子力学の概念に由来しています。事象の地平線では、これらの粒子の 1 つがブラック ホールに向かって落下し、もう 1 つは逃げ出す可能性があります。
この逃げる粒子はブラック ホールによる放射線として解釈され、黒体放射線に似ています。この現象は、ブラック ホールの質量とエネルギーの損失をもたらします。ブラックホールは少しずつエネルギーを失い、サイズが小さくなるため、これが蒸発として知られる理由です。しかし、蒸発は非常に弱く、これまで観測されていません。
ブラックホール衝突
2 つのブラック ホールが重力で相互作用し始めると、それらは互いに近づき、互いに向かって螺旋を描きながら踊り始める可能性があります。このプロセスの最後に、合体した 2 つの質量の合計よりわずかに小さい質量を持つブラック ホールが形成されます。ブラックホール合体の最初の検出は、LIGO共同研究によって2016年に報告されました。
ブラックホールの衝突は、物理学のさまざまな分野が関与する複雑なプロセスですが、主に一般相対性理論が関与します。一部の研究者は、合体中により小さな一時的なブラックホールが形成される可能性があると理論化しています。これは、衝突中に時空構造に発生する非常にエネルギー的な乱れによって起こります。
チェレンコフ望遠鏡で観測する
今週発表された記事によると、ヨーロッパの物理学者グループは、これらの小さな一時的なブラックホールを観察することが可能であると信じている。彼らはこれらの物体を小片と呼び、ブラックホールの「塊」のようなものになります。彼らによると、これらの天体はわずか 16 年で蒸発し、高エネルギー望遠鏡で観測できる可能性があるという。
このタイプの有名な望遠鏡はチェレンコフでしょう。これは非常にエネルギーの高い粒子と大気の相互作用を観察できます。アイデアは、これらの相互作用を研究して、比較的短時間で蒸発するブラックホールからのホーキング放射の放出を観察できるようにすることです。著者らによれば、これはホーキング放射の可能性のある観測の 1 つであると考えられます。
ニュース参照:
Cacciapaglia et al 2024天体物理学的ブラックホール合体におけるブラックホール小片からのホーキング放射の測定arXiv
