빅뱅이 남긴 사라진 미니 블랙홀 찾기가 더욱 강화될 전망이다.
그러한 작은 블랙홀의 궤적이 차가워진 것처럼 보이는 것처럼, 국제 과학자 팀은 양자물리학에서 사건을 다시 시작할 수 있는 증거를 발견했습니다. 소위 원시 블랙홀에 대한 탐색이 시급한 이유 중 하나는 그것이 암흑 물질의 잠재적 후보로 제안되었기 때문입니다.
암흑물질은 우주 질량의 85%를 차지하지만 일상적인 물질처럼 빛과 상호작용하지 않습니다. 이것은 별, 행성, 달, 그리고 우리 몸을 구성하는 원자의 재료입니다. 그러나 암흑물질은 중력과 상호작용하며 이러한 효과가 발생할 수 있습니다. 영향 “보통 물질”과 빛. 우주 탐정 작업에 적합합니다.
빅뱅의 블랙홀이 실제로 존재한다면, 그 블랙홀은 아주 작을 것이고, 일부는 동전 크기만큼 작을 것이며, 따라서 질량은 소행성이나 행성과 맞먹을 것입니다. 그러나 더 큰 블랙홀과 마찬가지로 태양 질량의 10~100배에 달하는 항성질량 블랙홀, 태양 질량의 수백만 또는 수십억 배에 달하는 초대질량 블랙홀, 미니 블랙홀도 있습니다. 태양의. 시간의 새벽은 사건의 지평선이라고 불리는 빛을 가두는 표면으로 둘러싸여 있을 것입니다. 사건의 지평선은 블랙홀이 빛을 방출하거나 반사하는 것을 방지하여 작은 원시 블랙홀을 암흑 물질의 강력한 후보로 만듭니다. 아무도 눈치 채지 못할 만큼 작지만, 우주에 영향을 미칠 만큼 강력할 수도 있습니다.
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초기 우주 연구 센터(RESCEU)와 도쿄 대학의 Kavli 우주 물리 및 수학 연구소(Kavli IPMU, WPI)의 과학자 팀은 고전 장 이론과 아인슈타인 자신의 이론. 초기 우주에 대한 상대성 이론과 양자역학. 후자는 전자와 쿼크와 같은 입자의 거동을 설명하고 소위 양자장 이론(QFT)을 탄생시킵니다.
초기 우주에 QFT를 적용함으로써 팀은 현재 많은 모델이 추정하는 것보다 우주에 가상의 원시 블랙홀이 훨씬 적다고 믿게 되었습니다. 만약 그렇다면 원시 블랙홀이 암흑물질로 존재한다는 사실은 완전히 배제될 것입니다.
“우리는 이를 원시 블랙홀이라고 부르며, 많은 연구자들은 이것이 암흑 물질의 강력한 후보라고 생각합니다. 하지만 이 이론을 만족시키려면 블랙홀이 많아야 합니다.”라고 도쿄 대학 대학원생인 제이슨 크리스티아노가 말했습니다. 그는 성명에서 말했다. “다른 이유에서도 흥미롭습니다. 최근 중력파 천문학의 혁신 이후, 원시 블랙홀이 대량으로 존재한다면 설명될 수 있는 쌍성 블랙홀 합병이 발견되었습니다.
“그러나 예측된 풍부함에 대한 이러한 강력한 이유에도 불구하고 우리는 그 중 어느 것도 직접 본 적이 없으며 이제 왜 이런 일이 발생하는지 설명할 모델을 갖게 되었습니다.”
빅뱅으로 돌아가 원시 블랙홀을 찾으세요
우주론에서 가장 선호되는 모델은 우주가 약 138억년 전 초기 급속한 인플레이션 기간인 빅뱅 동안 시작되었다고 제안합니다.
이 초기 팽창 동안 우주에 첫 번째 입자가 나타난 후, 공간은 결국 전자와 양성자가 결합하여 첫 번째 원자를 형성할 수 있을 만큼 차가워졌습니다. 그때 수소라는 원소가 탄생했습니다. 게다가 이러한 냉각이 일어나기 전에는 빛이 우주를 통과할 수 없었습니다. 이는 전자가 빛의 입자인 광자를 끝없이 산란시키기 때문이다. 따라서 이 암흑시대 동안 우주는 본질적으로 어두웠습니다.
그러나 일단 자유 전자가 양성자와 결합하고 이리저리 튀는 것을 멈추면 빛은 마침내 자유롭게 이동할 수 있게 되었습니다. “마지막 산란”이라고 불리는 이 사건 이후, 그리고 “재이온화 시대”라고 알려진 다음 기간 동안 우주는 즉시 빛에 투명해졌습니다. 이때 우주를 가로질러 빛난 최초의 빛은 오늘날에도 여전히 거의 균일한 복사장, 즉 우주 마이크로파 배경(CMB)이라고 불리는 전역적인 “화석”으로 볼 수 있습니다.
그러는 동안 생성된 수소 원자는 계속해서 최초의 별, 최초의 은하, 최초의 은하단을 형성했습니다. 확실히 일부 은하계는 눈에 보이는 구성 요소가 설명할 수 있는 것보다 더 많은 질량을 갖고 있는 것처럼 보이며, 이러한 초과분은 전적으로 암흑 물질에 기인합니다.
항성질량 블랙홀은 무거운 별의 붕괴와 죽음으로 형성되고, 초대질량 블랙홀은 더 작은 블랙홀들의 연속적인 합병으로 성장하지만, 원시 블랙홀은 별보다 먼저 존재하므로 독특한 기원을 가지고 있음에 틀림없다.
일부 과학자들은 뜨겁고 밀도가 높은 초기 우주의 조건에서는 더 작은 물질 조각이 자체 중력에 의해 붕괴되어 사건의 지평선이 10센트보다 넓지 않거나 아마도 양성자보다 작은 작은 블랙홀을 생성할 수 있다고 믿습니다. , 따라. 그들을 차단하세요.
이 연구 팀은 이전에 초기 우주의 원시 블랙홀 모델을 조사했지만 이 모델은 CMB 관측에 적합하지 않았습니다. 이를 바로잡기 위해 과학자들은 원시 블랙홀 형성에 대한 주요 이론에 수정 사항을 적용했습니다. QFT에서 보고한 수정 사항입니다.
Kavli IPMU와 RESCEU 요코야마 준이치 이사는 성명에서 “처음에 우주는 원자 하나의 크기보다 훨씬 작은 믿을 수 없을 만큼 작았습니다. 우주 인플레이션은 25배나 빠르게 팽창했습니다”라고 말했습니다. “당시에는 이렇게 작은 공간을 통과하는 파동의 진폭은 상대적으로 크지만 파장은 매우 짧았을 것입니다.”
팀은 이러한 작지만 강력한 파도가 증폭되어 현재 CMB에서 천문학자들이 볼 수 있는 훨씬 더 크고 긴 파도가 될 수 있음을 발견했습니다. 팀은 이러한 증폭이 QFT를 사용하여 설명할 수 있는 초기 단파 간의 일관성의 결과라고 믿습니다.
“개별적인 단파는 상대적으로 무력하지만 응집력 있는 그룹은 자신보다 훨씬 더 큰 파동을 재형성할 수 있는 능력을 갖게 됩니다.”라고 Yokoyama는 말했습니다. “이것은 극단적인 규모의 이론이 다른 규모의 무언가를 설명하는 것처럼 보이는 드문 예입니다.”
우주의 초기 소규모 변동이 성장하여 CMB의 대규모 변동에 영향을 미칠 수 있다는 팀의 이론이 정확하다면 이는 우주 구조가 성장하는 방식에 영향을 미칠 것입니다. CMB 변동을 측정하면 초기 우주의 원래 변동 크기를 제한하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 원시 블랙홀과 같이 더 짧은 변동에 의존하는 현상에 제약을 가합니다.
크리스티아노는 “초기 우주에서 짧지만 강력한 파장의 붕괴가 원시 블랙홀의 생성을 가져왔다는 것이 널리 알려져 있다”고 말했다. “우리의 연구는 원시 블랙홀이 실제로 암흑 물질이나 중력파 사건의 강력한 후보라면 필요한 것보다 훨씬 적은 수의 블랙홀이 있어야 함을 시사합니다.”
원시 블랙홀은 현재 가설이 확인되었습니다. 이는 항성 질량 블랙홀의 빛을 가두는 특성으로 인해 이러한 더 큰 물체를 보기가 어렵기 때문입니다. 따라서 10센트 크기의 사건 지평선이 있는 블랙홀을 발견하는 것이 얼마나 어려울지 상상해 보십시오.
원시 블랙홀을 발견하는 열쇠는 ‘기존 천문학’이 아니라 중력파라고 불리는 시공간의 작은 잔물결을 측정하는 데 있을 수 있습니다. 현재의 중력파 탐지기는 원시 블랙홀 충돌로 인해 발생하는 시공간의 잔물결을 탐지할 만큼 민감하지 않지만 LISA(레이저 간섭계 우주 안테나)와 같은 미래 프로젝트에서는 중력파 탐지를 우주로 가져갈 것입니다. 이는 팀의 이론을 확인하거나 거부하는 데 도움이 될 수 있으며, 과학자들은 원시 블랙홀이 암흑 물질의 원인일 수 있는지 여부를 확인하는 데 더 가까워질 수 있습니다.
이 팀의 연구는 수요일(5월 29일) Physical Review Letters 저널에 게재되었습니다.
김애란은 bsnewspaper.com의 필진으로 뉴스, 정치, 경제, 기술, 스포츠, 엔터테인먼트, 라이프스타일 등 다양한 분야의 소식을 다룹니다. 독자들이 중요한 이슈를 쉽게 이해할 수 있도록 명확하고 균형 잡힌 보도에 중점을 두고 있으며, 유용한 정보와 시의성 있는 내용을 전달합니다. 또한 현재의 주요 사건과 독자들의 관심사에 맞는 이야기를 알기 쉽게 풀어내는 데 힘쓰고 있습니다.