小さな原始ブラックホール（PBH）は、現在の天文学と宇宙論において注目を集めているトピックの1つである。これらの仮説上のブラックホールは、ビッグバン直後に形成されたと考えられており、重力崩壊を起こすほど高密度の素粒子の塊から生まれたとされる。現在、PBHはダークマターの候補、原始重力波の可能性のある源、そして物理学におけるさまざまな問題の解決策として考えられている。しかし、これまでのところ、確実なPBH候補は観測されておらず、これらの微小なブラックホールを発見する方法が提案されている。
最近の研究では、主系列中性子星や白色矮星の内部に、ガス供給をゆっくりと消費している小さなPBHが含まれている可能性が示唆されている。最新の研究で、物理学者のチームはこのアイデアを拡張し、PBHを検出する新たな方法を提案した。基本的に、惑星や小惑星などの天体の内部を探索したり、大きな金属板やスラブを使用してPBHの通過の痕跡を検出したりする方法である。これらの天体が残すマイクロチャンネルを検出することで、科学者たちはついにPBHの存在を確認し、今日の宇宙論における最大の謎のいくつかを解明できる可能性がある。
この研究は、台湾の国立東華大学とCase Western Reserve UniversityのCenter for Education and Research in Cosmology and Astrophysics（CERCA）の物理学者De-Chang Dai氏と、State University of New York BuffaloのHigh Energy Physics and Cosmologyグループの物理学者Dejan Stojkovic氏によって行われた。彼らの研究結果を詳述した論文はオンラインで公開され、現在、『Physics of the Dark Universe』誌に掲載するための査読中である。
科学者たちは数十年にわたりPBHに魅了されてきた。1966年にロシアの科学者Igor D. NovnikovとYakov Zeldovichがその存在を予測して以来のことである。Stephen HawkingもまたPBHに興味を持ち、その研究は1974年のブラックホールが時間とともに蒸発し得るという画期的な発見につながった。より大きな中間質量ブラックホールは宇宙の現在の年齢（約138億年）よりも長い時間をかけて蒸発するが、より小さなPBHはすでに蒸発しているか、または蒸発の過程にある可能性がある。
しかし、近年PBHへの関心が再燃しているのは、ダークマターの候補や原始重力波の源などとしての役割があるからである。ダークマターと同様に、その存在はいくつかの主要な宇宙論的謎を解決する助けとなる可能性があるが、まだ確実な観測はなされていない。De-ChangとStojkovicは、Universe Todayへの電子メールで、これが新しい検出方法を提案する動機となったと述べている：
「小惑星や衛星、または小さな惑星（惑星状天体）が固体の地殻に囲まれた液体核を持っている場合、小さなPBHは比較的短期間（数週間から数ヶ月）で密度の高い液体核を消費します。地殻の物質が重力ストレスに耐えられるほど強ければ、地殻は無傷のまま残ります。したがって、最終的に中空構造になります。中心のブラックホールが（他の物体との衝突により）放出された場合、密度は液体核を持つ通常の岩石天体の密度よりも低くなります」。
さらに、De-ChangとStojkovicは小さなPBHが生成する重力ストレスを計算した。そして、これを惑星の地殻を構成する材料（ケイ酸塩鉱物（岩石）、鉄、その他の元素など）の圧縮強度と比較した。また、多層カーボンナノチューブなどの最強の人工材料も考慮した。Stojkovicは次のように述べている：「例えば、花崗岩は地球の半径の1/10までの中空構造を支えることができることがわかりました。そのため、惑星状天体、衛星、または小惑星に焦点を当てるべきです」。
これらの計算は、宇宙と地球上でPBHの証拠を探す手段を提供している。太陽系内の可能性のある候補天体（惑星状天体、衛星、小惑星）は、その質量と半径を観測して密度を推定することで特定できる可能性がある。これにより、天文学者はプローブ、着陸機、その他のロボット宇宙ミッションによる追跡調査のために、潜在的に中空の天体を特定できるだろう。あるいは、PBHの通過を検出するためのセンサーを構築することを彼らは推奨している。Stojkovicは次のように述べている：
「小さなPBHが何らかの固体物質を通過すると、PBHの半径に匹敵する半径の直線的な長いトンネルが残ります。例えば、1023gのPBHは半径0.1ミクロンのトンネルを残すはずです。このようなPBHが持ちうるエネルギーは大きいですが、物質に付与するエネルギーは非常に低いです。実際、そのようなPBHは人体を通過しても、私たちは気づかないでしょう。なぜなら、人体の組織は非常に低い張力しか持たないからです」。
このように、科学者たちは身近にある材料（ガラスや岩など）のマイクロトンネルをスキャンすることができる。同時に、De-ChangとStojkovicは、この目的のために大きな研磨された金属板を用意することができると述べている。ニュートリノ検出と同様に、これらの板は隔離される必要があり、その特性の突然の変化を記録できるようにする必要がある。Stojkovicは次のように述べている：「これらのPBHの予想される流量は非常に小さく、何も見つからない可能性もありますが、PBHを発見できる可能性のある見返りは非常に大きいでしょう。特にこのような実験は非常に安価だからです」。
De-Changは付け加えて、近年、一部の原始ブラックホールが恒星に隠れている可能性が提案されていると述べている。Stephen Hawkingはかつてこのアイデアを提案し、それが2019年に発表された研究と昨年発表された研究の基礎となった。De-Changは次のように述べている：「また、原始ブラックホールがガンマ線を放射する可能性も提案されています。天の川銀河のダークマターハロー内の強いガンマ線は、原始ブラックホールの存在を示す良い手がかりとなる可能性があります。重力マイクロレンズ効果も、原始ブラックホールを識別するもう1つの方法となりうるでしょう」。
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