ブラックホールは自らの毛を吐き出し、その後にボソン星を残す可能性がある

この宇宙に永遠のものがあるとすれば、それはブラックホールです – あるいはその物理学が示唆しています。

これらの超高密度の物体は、容赦ない重力場に支配されています。物質が入ります。出てくることはほとんどありません。それらは点のように宇宙に点在し、その必然性を損なうものはほとんど何もなく、ますます大きくなります。

しかし、それはブラックホールが不可侵であるという意味ではありません。そして理論物理学者たちは、物体そのものよりもさらに奇妙なブラックホールの崩壊方法を発見したところだ。

ポルトガルのアヴェイロ大学のホセ・フェレイラ氏、カルロス・エルデイロ氏、オイゲン・ラドゥ氏、ミゲル・ジリャン氏によると、ブラックホールが自身の髪の毛から飛び散り、完全に機能するボソン星を残す可能性があるという。

「おそらく最も注目すべき成果は、毛むくじゃらのブラックホールが崩壊する新しい方法を発見したことだ」と研究者らはサイエンスアラートに語った。

「私たちが『核分裂』と呼ぶシナリオの 1 つでは、ブラック ホールも周囲のスカラー構造も破壊されません。代わりに、複合物体は 2 つの独立して実行可能な物体、つまり毛のないブラック ホールと、自己重力によってスカラー物質の塊であるボソン星に分離されます。

さて、ここではたくさんのことが起こっています。

ブラックホールから始めましょう。ブラック ホールは物理学において最も極端な物体の一部ですが、標準的な一般相対性理論の範囲内では、実際には非常に単純です。一度確立され、その役割を果たすと、その動作を記述するために必要なパラメーターは、たとえばスピンや質量など、驚くほどわずかです。

ただし、これらのパラメーターがすべてであるという意味ではありません。ブラック ホールの空​​間に他にどのようなパラメーターが潜んでいるのかは実際にはわかりません。しかし、数学によって、物理学者はいくつかの本当に奇妙な可能性を探ることができます。

これらの追加の特徴は「ヘア」と呼ばれ、このヘアのタイプはスカラー フィールドの形式を取ることができます。

物理学者がこのような奇妙な構成を思いつくのには十分な理由があります。ブラックホールは宇宙で最も極端な実験室の一部を提供し、研究者が他の手段では検出が難しい物質の形態や場の調査を可能にする可能性があります。

ブラックホールがある種のエキゾチックな「毛」を支えている可能性がある場合、それを研究することで、現在私たちが知っているものを超えた粒子や場についての手がかりが得られる可能性があります。

スカラー場は、空間に浸透する目に見えない媒体と考えることができます。粒子の用語では、スピンレス粒子の集合とも言えます。

いくつかのモデルによると、その場はブラック ホールの周りの雲のように合体する可能性がありますが、必ずしも細長いものではありません。それはシステム全体の質量のかなりの部分を占め、強力な重力場を生成する可能性があります。

「通常、そのような物質は単にブラックホールに落ちると予想されるかもしれません。しかし、これらの解決策では、スカラー場とブラックホールの地平線が平衡状態に保たれるようにする特別な共鳴メカニズムが存在します」と研究者らは述べた。

「重要な未解決の問題は、一般的な摂動が許容された場合にその平衡が実際に安定しているかどうかでした。私たちのシミュレーションは、私たちが研究した構成では安定していないことを示しています。」

初期のシミュレーションでは、これらの毛深いブラック ホールが安定している可能性があることが示唆されましたが、それらのシミュレーションでは球面対称性が課せられました。

ブラック ホールは 3 次元に存在していましたが、一方向で起こったことはすべて、他の方向でも同様に起こらなければなりませんでした。これにより、計算がはるかに単純になりますが、システムの不均衡が防止されます。

非球面ダイナミクスを可能にしたその後の研究により、1 つのモデルの不安定性が明らかになりました。フェレイラと彼の同僚は、この不安定性が特定のモデルの癖なのか、それとも毛むくじゃらのブラック ホールのより広範な特徴なのか、そして不安定性が増大するにつれて最終的に何が起こったのかを調べたいと考えていました。

彼らは数値シミュレーションを使用して、毛深いブラック ホールのいくつかの異なる構成を時間の経過とともに追跡し、システムが異なる方向に異なる進化を遂げることを可能にしました。

しかし、パズルのピースがもう 1 つあります。適切な条件下では、ブラック ホールの周囲のスカラー場はそれ自身の重力によって保持され、ボソン星として知られる仮説上の地平線のない透明な物体を形成します。

したがって、システムは相互にリンクされているものの、独立して存在できる 2 つのコンポーネントとして考えることができます。

彼らの結果は 2 つの考えられる結果に分かれました。

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研究者らが「吸収」と呼んでいる 1 つ目は、おそらく皆さんが期待しているものでしょう。この不安定性により、毛深いブラックホールを維持する微妙なバランスが崩れてしまいます。ブラック ホールは周囲のスカラー フィールドを食い尽くし、毛のない (または「禿げた」) ブラック ホールを残します。

研究者らが「核分裂」と呼ぶ2番目のシナリオは、事態が非常に奇妙になるところだ。

「ブラックホールとスカラー配置は、重力引力と電磁反発の競合によって保たれている。核分裂状態では、ブラックホールがボソン星の中心に正確に位置する対称配置は不安定な平衡である」と研究者らは説明した。

「わかりやすい例としては、山の頂上でバランスがとれたボールがあります。適切な位置に置かれていればそこにとどまることができますが、少し押すと転がってしまいます。」

そしてそれが彼らが気づいたことです。ブラックホールの中心をずらすには、小さな擾乱が十分でした。平衡に戻る代わりに、それは徐々に遠ざかり、最終的にスカラー場から面皰として現れました。

フィールドは一緒に留まり、ボソン星として生き続けましたが、今やむき出しになったブラックホールは独自の道を歩みました。

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毛むくじゃらのブラックホールの運命は、少なくとも部分的には、そのスカラーヘアがどれだけコンパクトであるかに依存しているようだ。よりコンパクトな構成は吸収する傾向があり、一方、より緩やかな構成は核分裂の影響を受けやすくなります。

この傾向は 2 つの異なるスケーリングの可能性で発生しました。

これは、現在ブラックホールがボソン星から宇宙に意のままに放出されているという意味ではありません。まず、ボソン星は依然として「仮説」の範疇にある。

一方で研究者らは、この特定の構成は天体物理学ブラックホールの現実的なモデルではなく、主におもちゃのモデルであると警告している。

「このメカニズムは通常の電荷に基づいているが、天体物理学的ブラックホールは正味の電荷をほとんど持たないと予想されている」と研究者らはサイエンスアラートに語った。

「したがって、ここでシミュレートされた特定の天体が天体物理的天体である可能性が高いとは主張しません。むしろ、私たちが発見したメカニズムは、より現実的なモデルでも発生する可能性のあるより広範な現象を示している可能性があります。」

研究者らが調査したい可能性の1つは、毛状ブラックホールの他のモデルにおいて、回転が電荷と同様の役割を果たすことができるかどうかである。

そして、この不安定性の天体物理学的にもっともらしいバージョンがあるとしても、それは完全に目に見えないわけではないかもしれません。

「このタイプの激しい対称性の破れのプロセスでは、特徴的な重力波信号が生成されるはずです。特に核分裂の場合、その力学は2つのブラックホールの合体などのよく知られたプロセスとは大きく異なるため、波形には独特の特徴があることが予想されます」と研究者らは説明した。

「これらの波形がどのようなものであるかを正確に判断し、現実的に検出して他のソースと区別できるかどうかを判断するには、さらに熱心な研究が必要です。これは将来の研究にとって特に興味深い方向性だと考えています。」

この研究は、 物理分析D。