入れ子グラバスター「ネスター」を理論的に発見　重力理論の “マトリョーシカ人形”

2024-03-05 2024-10-13

彩恵りり

「ブラックホール」は重力理論の悩みのタネ

1915年、アルベルト・アインシュタインは重力に関する有名な理論「一般相対性理論」を提唱しました。この中には重力について理解するために必要な「アインシュタイン方程式」と呼ばれる方程式が存在します。

一般相対性理論が発表された直後の1916年、カール・シュヴァルツシルトはアインシュタイン方程式を解くことで、重力の強さが無限大となる点と、光すらも逃げ出すことができない領域が生じることを発見しました。これが今日で言う「ブラックホール」の最初の発見です。

初めは純粋に数学的な存在でしかなかったブラックホールですが、天文学の発展と共にブラックホールが存在しなければ説明のつかない物理現象が次々と見つかりました。2019年にはイベント・ホライズン・テレスコープによって初めてブラックホールが可視化されるなど、その存在はもはや疑いようのない段階にまで達しています。

ただし、ブラックホールの存在は現代物理学における極めて厄介であり、実在しないという意見も根強く存在します。例えば、ブラックホールの中心部には重力が無限大となる特異点が存在すると考えられています。特異点の性質を予測することは一般相対性理論を含む現在の理論では不可能であり、このため特異点は “現代物理学の破綻点” と呼ばれることがあります。また、特異点の周りを覆う事象の地平面の内部では、光すらも逃げ出すことができません。そこでは物質が持っていた様々な性質に関する情報も失われてしまいますが、情報が失われるという現象は現代物理学に反します。この部分の矛盾も現在の理論では説明できていません。

ある理論を解くことで、その理論では説明できない性質を持つ答えが出現した場合、通常は解き方が間違っているか、もしくはその答えが実在しないことを疑います。一般相対性理論を解くことで一般相対性理論では説明できないブラックホールという答えが現れたならば、ブラックホールの実在を疑うことはある意味で当然とも言えるでしょう。

一方で、これら理論の破綻が起こるのはブラックホールの内部での話であり、ブラックホールの外部の性質は簡単に予測することができます。そして、ブラックホールの外部の性質を仮定しなければ説明できない天文現象はいくつも見つかっています。これらの状況から、仮にブラックホールが実在しないとしても、少なくとも外見的にはブラックホールと区別が難しい天体が存在する必要があります。

このような状況を元に、一見すると “ブラックホールっぽい” 性質を持つものの、ブラックホールとは別の性質を持つ天体がいくつも提案されています。