またその時が来た！ダークマターの謎を最終的に解明するモデルの出番だ。そうでなくても、試してみる価値はある。ダークマターの粒子が直接検出されるか、あるいはダークマターを天体物理学の道具箱から取り除く決定的なモデルが登場するまで、私たちにできることは解決策を探し続けることだ。この新しい研究は、その古い理論的な宝物である原始ブラックホールを取り上げているが、少し面白いひねりが加えられている。
原始ブラックホールとは、宇宙の初期に形成されたと仮定される天体である。モデルによれば、物質密度と時空の微小な変動から形成され、砂粒大の山ほどの大きさのブラックホールになるという。原始ブラックホールはこれまで検出されたことはないが、光を発しない、銀河の周りに集まるなど、ダークマターに必要な性質をすべて備えている。もし存在すれば、ダークマターの大部分を説明できるだろう。
欠点は、ほとんどの原始ブラックホールの候補が観測によって除外されていることである。例えば、ダークマターを説明するためには、これらの重力ピップスクイークが非常に多く存在しなければならない。そうなると、定期的に観測すべきマイクロレンズフレアが発生することになる。いくつかの天空サーベイでは、このような事象を探したが無駄であったため、原始ブラックホール：ダークマターは最近人気のあるアイデアではない。
この新しい研究では、少し違ったアプローチをとっている。典型的な原始ブラックホールではなく、超軽量ブラックホールを検討するのだ。超軽量ブラックホールとは、可能な質量の中では小さい方で、ホーキング放射が作用するほど小さいものである。ホーキング放射の速度はブラックホールの大きさに反比例するので、これらの超軽量ブラックホールは短い宇宙時間スケールで寿命が尽きるまで放射されるはずである。我々は量子重力の完全なモデルを持っていないので、超軽量ブラックホールが最後にどうなるかはわからない。
著者が述べているように、基本的には3つの可能性がある。一つ目は、ブラックホールが完全に放射されることである。ブラックホールは高エネルギー粒子の短い閃光として終わるだろう。二つ目は、何らかのメカニズムによって完全な蒸発が妨げられ、ブラックホールがある種の平衡状態に達することである。第3の選択肢は第2の選択肢と似ているが、この場合、平衡状態によって事象の地平線が消滅し、裸の特異点として知られる高密度の塊が露出した状態になる。著者はまた、後者の2つの結果では、物体は正味の電荷を持つかもしれないと指摘している。
蒸発の場合、最大の未知数は蒸発のタイムスケールである。もし原始ブラックホールが初期に微小であれば、すぐに蒸発して初期宇宙の再加熱効果を高めるだろう。もし蒸発が遅ければ、ガンマ線の閃光としてその死を見ることができるはずだ。どちらの効果も観測されていないが、フェルミの大面積望遠鏡のような検出器が、BBHを捕らえる可能性はある。
後者の2つの選択肢について、著者はプランクスケール付近で平衡に達すると主張している。残骸は陽子サイズになるが、質量ははるかに大きくなる。残念ながら、これらの残骸が電気的に中性であれば、検出することは不可能である。他の粒子に崩壊することもなく、直接検出できるほどの大きさにもならない。これは観測結果と一致するが、満足のいく結果ではない。このモデルは本質的に証明不可能である。もし粒子に電荷があれば，次世代のニュートリノ検出器でその存在を検出できるかもしれません。
この研究の重要な点は、現在の観測によって原始ブラックホールが完全に否定されたわけではないということだ。より良いデータが得られるまでは、このモデルは他の多くの可能性の理論的な山に加わることになる。
論文
この記事は、BRIAN KOBERLEIN氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。
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