物理学者が提唱：暗黒物質は「死滅した宇宙」のブラックホールで構成されている可能性

暗黒物質の新たな仮説：ブラックホールが鍵を握る

暗黒物質は宇宙の質量の約85%を占めるとされる未知の物質だが、その正体は依然として謎に包まれている。そんな中、スペイン科学研究高等評議会（CSIC）のエンリケ・ガスタンアガ研究員が主導する研究チームが、暗黒物質が「死滅した宇宙」から生き残ったブラックホールで構成されている可能性を提唱した。

この理論は、米国物理学会が発行する学術誌 Physical Review D に掲載された研究に基づくもので、ガスタンアガ研究員は The Conversation に寄稿した記事で、その詳細を解説している。

「ビッグバウンス」仮説と原始ブラックホール

研究の核心にあるのは、宇宙の始まりが「ビッグバウンス」と呼ばれるサイクルの一環であるという考え方だ。この仮説によれば、ビッグバンは宇宙が膨張と収縮を繰り返す無限のサイクルの一時期に過ぎず、現在の宇宙はその収縮期から再び膨張に転じた「再生」の段階にあるとされる。

ガスタンアガ研究員は次のように述べている。「宇宙は一度だけ始まったのではなく、ビッグバンは無限のサイクルの一環かもしれない。そして、現在の銀河を形作る暗黒構造は、ビッグバン以前の時代の遺物である可能性がある」

この理論では、暗黒物質の候補として「原始ブラックホール」が注目されている。原始ブラックホールは、ビッグバン直後の極限状態で形成されたと考えられており、通常のブラックホールとは異なり、恒星の死ではなく宇宙初期の高密度な状態から直接生まれた可能性がある。理論上は原子ほどの小ささからスタートし、現在でも宇宙に遍在しているとされるが、これまでに直接的な観測はされていない。

ブラックホールが暗黒物質の正体となる理由

暗黒物質とブラックホールには共通点がある。どちらも目に見えないが、莫大な質量を持つという特徴だ。そのため、未知の粒子や新たな物理法則を導入することなく、ブラックホールを暗黒物質の正体とすることで、理論をシンプルに説明できる可能性がある。

ガスタンアガ研究員のモデルでは、原始ブラックホールの一部が、かつて存在した宇宙の収縮期に生き残った「遺物」であると考えられている。具体的には、収縮期にブラックホールが生き残る条件として、直径90メートル以上のサイズが必要であることが示された。

「我々の研究では、90メートル以上の物体は収縮から膨張への転換期を生き延びられることが分かった。これにより、前の宇宙時代の情報を保持した『遺物』が残される。これらの遺物にはブラックホール、重力波、密度ゆらぎなどが含まれる」とガスタンアガ研究員は説明する。

このモデルでは、遺物ブラックホールは直接生き残る場合と、収縮期の物質の塊が高密度な天体に崩壊することで形成される場合の2通りが考えられている。実際、銀河や恒星がブラックホールに変化することで、詳細な構造は消滅するが、質量は保持されるという。

銀河形成や超巨大ブラックホールの謎も解明か

この理論が正しければ、遺物ブラックホールが暗黒物質の大部分を占める可能性がある。さらに、ビッグバンからわずか数億年後の時代に存在する超巨大ブラックホールの謎も説明できるかもしれない。従来の理論では、これほど早期に超巨大ブラックホールが形成されることは不可能とされていたが、遺物ブラックホールであればその質量を短期間で獲得できる可能性がある。

しかし、ガスタンアガ研究員は「まだ多くの課題が残されている」と慎重な姿勢を示す。理論の検証には、重力波背景データや銀河サーベイ、宇宙マイクロ波背景放射の精密測定など、複数の観測データとの整合性が必要だという。

「私たちのアイデアは、重力波背景から銀河サーベイ、宇宙マイクロ波背景放射の精密測定に至るまで、あらゆるデータと照らし合わせて検証されなければならない」
エンリケ・ガスタンアガ（スペイン科学研究高等評議会）

今後の展望と課題

この理論が正しければ、暗黒物質の正体解明に大きな一歩となるだけでなく、宇宙のサイクル的な進化やブラックホールの起源についても新たな視点を提供する可能性がある。しかし、現時点ではまだ仮説の段階であり、今後の観測や理論的研究が待たれる。

研究チームは、重力波天文台や次世代の宇宙望遠鏡を活用した観測データの収集を進めている。特に、原始ブラックホールの痕跡を捉えることができれば、この理論の有力な証拠となるだろう。