海の表面のように、宇宙の構造は無限の重力波で常に波打ち、宇宙全体を外側に向かって伝播しています。
これまでに検出されたこれらの波紋の数は 3 桁で数えられます。そのほとんどは、宇宙で最も密度の高い天体であるブラック ホール間の衝突に関連しています。
しかし、ブラック ホールによるすべての衝突がどのようなものであるかをどのようにして知ることができるのでしょうか?そして、私たちがまだ検出していない重力波の兆候は何でしょうか?
宇宙を歌わせることができる何かが他にあるとしたらどうなるでしょうか?衝突するワームホールが同様の飛沫を発生させる可能性があるとしたらどうなるでしょうか。また、ワームホールを見つけたときに、どのように認識すればよいでしょうか?
少なくとも、ある特定の種類のワームホールについては、衝突が非常に奇妙であり、時空構造に独特の痕跡を残す可能性があることを新しいシミュレーションが示唆している。
モスクワ物理工科大学の物理学者ニキータ・M・シロコフ氏とロシア高等経済学部の機械学習エンジニアイリヤ・ナチェフスキー氏が執筆したプレプリントによると、バイナリのエリス・ブロニコフワームホールが相互作用するといくつかのことが起こる可能性があり、そのほとんどは非常に奇妙なものだという。
ワームホールについて考えるとき、おそらく最初に SF を思い浮かべるでしょう。ジャンプ ゲート、ハイパースペース、ある領域から別の領域へのショートカットを提供する宇宙の奥の部屋を通るトンネルなどです。
しかし、ここで紹介されているアイデアの多くと同様に、 スタートレック そして 広がりワームホールは実際の科学理論、つまり重力を時空の曲率として説明するアインシュタインの一般相対性理論から現れる数学的可能性にしっかりと根ざしています。
理論的には、時空は、遠く離れた 2 つの領域がトンネル、つまりワームホールによって接続されるように湾曲する可能性があります。
そのような構造が実際に宇宙に存在し得るかどうかは未解決の問題のままです。
アインシュタイン・ローゼン橋という言葉を聞いたことがあるでしょう。それは通過不可能なタイプのワームホールです。別のモデルはエリス・ブロニコフ ワームホールです。これは、ファントム スカラー フィールドと呼ばれるものによって開かれた通過可能な通路です。
この仮想フィールドには、喉が締め付けられるのを妨げる異常な負のエネルギー特性があります。
Traversable には何か意味がある できた それを経ても安定するわけではないので、人間が すべき それを乗り越えるのは別の問題です。
これは特にエリス-ブロニコフ ワームホールに当てはまります。
ファントム スカラー フィールドはワームホールの喉を開いた状態に保つことができますが、小さな外乱でも微妙なバランスが崩れる可能性があります。喉は崩壊してブラックホールを形成したり、インフレーションと呼ばれる暴走過程で膨張を始めたりすることがあります。
したがって、これらの 2 つの不安定な構造が何らかの形で交差した場合、非常に壮観な破壊的なことが起こる可能性があると予想できます。
これらの花火がどのように見えるかを調べるために、シロコフとナチェフスキーは、エリス・ブロニコフ ワームホールのペアの 3 次元シミュレーションを実行し、最初の分離、軌道、およびそれらを開くファントム スカラー フィールドの特性を変化させました。
結果は驚くほど多様でした。
構成に応じて、ワームホールは互いに引き付けたり反発したりする可能性があります。いくつかは対話するのに十分な距離を通過した後、飛び散り、その過程で喉が劇的に拡張しました。
フレームボーダー=”0″ 許可=”加速度計;自動再生;クリップボード書き込み;暗号化されたメディア。ジャイロスコープ;ピクチャー・イン・ピクチャー。 web-share” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” allowedfullscreen>他のものは互いに向かって急降下しましたが、1 つの大きなワームホールに合流する代わりに、はるかに奇妙なことが起こりました。
ブラックホールの事象の地平線に似た共通の見かけの地平線が両方の喉の周りに形成され、発達中のブラックホールの内部にそれらを一緒に閉じ込めます。
フレームボーダー=”0″ 許可=”加速度計;自動再生;クリップボード書き込み;暗号化されたメディア。ジャイロスコープ;ピクチャー・イン・ピクチャー。 web-share” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” allowedfullscreen>ここで、事態はさらに奇妙になりました。なぜなら、その見かけの地平線が、ブラックホールの地平線が行うはずのないことをしたからです。
縮んでしまいました。
幻のスカラー場が宇宙の崩壊領域に落ち込むと、地平線はその面積の約 28 パーセントを失いました。
1971 年にスティーブン ホーキング博士が提案したブラック ホール面積定理によれば、通常の状況下では、ブラック ホールの事象の地平線の表面積は増加するか、変わらないことしかありません。
しかし、その定理は、ファントム スカラー場が違反するエネルギーの挙動に関する仮定に依存しています。そのエキゾチックな負のエネルギー特性により、シミュレートされた地平線は成長するのではなく縮小します。
シミュレーションには事象の地平線ではなく見かけの地平線と、定理の仮定に違反する場が含まれるため、これは面積定理と矛盾しません。しかし、それでも驚くべき結果です。
さて、この時点で、あなたはおそらくこれが重力波と何の関係があるのか疑問に思っているでしょう。
ブラックホールのような巨大な物体が衝突に向かって内側に螺旋を描くとき、その動きの変化は、海に浮かぶボートの航跡のように、時空に波紋を送ります。それが重力波なのです。
ワームホール、少なくともこの研究でモデル化された巨大なエリス・ブロニコフワームホールも、移動し相互作用する際に重力波を生成するはずです。
しかし、研究者らは、結果として生じる信号が、互いに向かって螺旋を描く一対のブラックホールによって生成される信号とはかなり異なることを発見した。
らせん状のブラック ホールのペアには、チャープと呼ばれる独特の信号があり、2 つの天体が近づくにつれて、その周波数はより強く、より高くなります。
対照的に、研究者らによるワームホール遭遇のシミュレーションでは、短く鋭い重力波のバーストが発生した。
信号の正確な形状と強度は、ワームホールが互いに向かって突進し合ったか、それとも通過中に単にお互いをかすめただけかによって決まりました。
フレームボーダー=”0″ 許可=”加速度計;自動再生;クリップボード書き込み;暗号化されたメディア;ジャイロスコープ;ピクチャー・イン・ピクチャー。 web-share” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” allowedfullscreen>興味深いことに、最も近い接近飛行のいくつかは、共通の見かけの地平線が形成されなかったとしても、特に強力な重力波バーストを引き起こしました。
これは、チャープなしの重力波バーストがワームホールの証拠であるという意味ではありません。ブラックホールは、特定の状況下ではそのような信号を生成することもあります。
特に異常な信号の 1 つである GW190521 は 2019 年に検出され、それ以来エキゾチックな時空物理学の兆候の可能性として研究されてきました。
それは、それがワームホールによって生成されたという意味ではなく、新しいシミュレーションはそのイベントとの関連性を確立していません。しかし、これは、仮説上のオブジェクトの可能性のあるシグネチャを理解することがなぜ価値があるのかを示しています。
ただし、別の落とし穴があります。研究者らは、初期宇宙で形成されたワームホールは、LIGOや計画されているLISAミッションなどの重力波観測所で検出可能な周波数よりもはるかに低い周波数まで宇宙膨張によって引き伸ばされた信号を生成すると指摘している。
これらの特定の信号が検出可能になるためには、ワームホールが宇宙の歴史のずっと後になって形成される必要がありますが、科学者たちは現在、それがどのようにして起こるのか分かっていません。
それでも、宇宙はこれまでにも私たちを驚かせてきました。そして今、何らかの方法でエリス・ブロンニコフワームホール衝突の信号を記録できれば、私たちは何を見ているのかについてより良いアイデアを得ることができるでしょう。
この研究はまだ査読されていないが、プレプリントサーバー arXiv で入手できる。
この記事はフィオナ マクドナルドによって事実確認され、フィオナ マクドナルドによって編集されました。私たちは自分たちのプロセスに誇りを持っていますが、私たちはただの人間です。間違いを見つけた場合はお知らせください。
