【ブラックホール無毛定理】膨張している宇宙ではブラックホールの個数が不明な場合があることを数値解析で証明

1: 超漢字OS ★ 2023/10/18 20:10:05 ID:???

「ブラックホール」は質量・電荷・角運動量（自転）の3つのパラメーターだけで表されるため、3つとも値が同じブラックホールは区別することができません。これを「ブラックホール無毛定理（脱毛定理）」と呼びます。この定理は、ブラックホールを記述する「アインシュタイン方程式」は、パラメーターを固定すると1つの答えしか出さないことを意味する「ブラックホール唯一性定理」にも繋がります。ただし、唯一性定理には例外があることも知られています。
サウサンプトン大学のÓscar J.C. Dias氏などの研究チームは、宇宙の膨張を考慮した場合、同じ質量を持つ2つのブラックホールはお互いに同じ距離を保ったまま静止すること、その状態を遠くから見ると1つのブラックホールを見ているようにも見えるためにブラックホールが1つなのか2つなのか区別がつかないことを示しました。これは質量のパラメーターを固定した場合に唯一性定理が成り立たないことを示した初めての研究であり、ブラックホールは無毛定理が示すほど単純ではないことを示唆する結果です。
■ブラックホールには “毛が3本しかない”
略
普通の恒星や惑星の場合、構成元素・大きさ・質量・形・色・温度など、無数のパラメーターが存在します。これに対し、ブラックホールは質量・電荷・角運動量の3つのパラメーターだけで全てを表すことができるほどに性質が単純なことで知られています。恒星が重力崩壊するとパラメーターのほとんどが失われてしまうことを、物理学者のジョン・ホイーラーが「ブラックホールには毛が（3本しか）ない」と喩えたことから、これは「ブラックホール無毛定理」と呼ばれています。
■ブラックホールが単純すぎることで生じる問題
■膨張している宇宙で釣り合いの取れた二重ブラックホールがあることを証明
■釣り合いの取れた二重ブラックホールは存在するか？
今回の結果は、ブラックホールはそれほど単純ではないことを示す新たな研究となりました。このような唯一性定理の違反の具体例は、ブラックホールの性質を探る研究にとって重要な情報となります。
しかしDias氏らは、実際の宇宙にこのような状態の二重ブラックホールは存在しないと考えています。宇宙の膨張による斥力と重力による引力の釣り合いがとれるのは、2つのブラックホールが正確な距離に配置された場合のみです。山の頂上にボールを置くと、少しでも位置がズレれば転がり落ちてしまうのと同じように、少しでもブラックホールが動いて互いの距離が変われば、ブラックホール同士は接近するか分離するかのどちらかの運命をたどります。ブラックホール自身の運動に加え、他の天体からの重力によっても、ブラックホール同士の距離は変化するでしょう。
ただし、ブラックホール同士が自転している場合、あるいは強い電荷を持っている場合には、ブラックホール同士の距離を安定させる別の状況が生まれ、釣り合いの取れた二重ブラックホールが存在する可能性が上がります。宇宙にある実際のブラックホールが強い電荷を持つ可能性は低いと考えられていますが、高速で自転していることは知られており、その場合での関係性もまた変化する可能性があります。Dias氏らは自転しているブラックホール同士での数値解析を次の目標としています。
文／彩恵りり
ソース
https://sorae.info/astronomy/20231017-black-hole.html