ブラックホールにおけるホーキング放射を測定するための新しい方法を発見

・物理学者は、ブラックホールのイベント・ホライズンでのホーキング放射を測定するための新しい方法を見つけました。

 

・科学者がさまざまな量子重力理論の精度をテストするのに役立ちます。

 

 

1975年に、スティーヴン・ホーキング博士は、ブラックホールがそのイベントホライズンの量子効果により放射を放出するという理論を発表しました。

 

ホーキング放射として知られるこの黒体放射は、彼にちなんで名付けられました。ブラックホールの質量と回転エネルギーを減らす役割を果たします。

 

最近の重力波の発見は、アインシュタインの重力理論を検証しました。しかし、暗黒物質、暗黒エネルギー、特異点、量子重力の性質はまだ説明できていません。

 

実際、観測は、修正重力理論がブラックホールを正確に表していることを示しています。その理論のほとんどには量子パラメータが含まれており、ブラックホールの合併から得られたデータと矛盾しません。

 

ブラックホールに落ちる物質の情報はそのままです。ブラックホール内に存在し、外部からはアクセスできないため、情報の損失は発生しないと一般に考えられています。

 

ただし、ホーキング博士の理論によると、ブラックホールはホーキング放射を放出することで徐々に蒸発していきます。ホーキング放射は、ブラックホールが出来る理由については説明していません。それでは、ブラックホールはどうしてできるのでしょうか。

 

量子物理学では、情報の損失は明らかな違反です。このパラドックスを解消するために、過去10年間でいくつかの量子重力理論が一般的になりました。

 

 

ホーキング放射を計算するための分析式

最も有望な理論の1つは、量子パラメーターを一般相対性理論と統合するthe Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet theory （EdGB）です。これは、超弦理論の低エネルギー限界に触発されています。

 

この研究では、物理学者はこの理論のみに焦点を合わせました。なぜなら、量子曲率項とスカラー場とアインシュタインの理論を含んでいるからです。彼らは、ブラックホールのイベント・ホライズンでのホーキング放射を測定するための分析式を考案しました。

 

この式は、科学者がアインシュタインの重力理論に対する量子補正によってホーキング放射がどのように変化するかを決定するために役立ちます。また、ブラックホールを観察することにより、異なる量子重力理論の精度をテストできます。

 

準正規モードは、ブラックホールが外部重力摂動にどのように反応するのかを説明します。これらのモードは時間とともに変化するので、その振幅は短期間のみ決定できます。

 

準正規モードは、ブラックホールのエネルギー散逸のモードです。周波数は複素数で表され、実数部は周期的な振動であり、虚数部は減衰率です。

 

 

研究チームは、EdGB理論の平坦で球対称であるブラックホールの4Dバックグラウンドで、テストフィールドの古典放射とホーキング放射を調べました。

 

チームは準ノーマルモードのアイコナール状態の公式を開発し、それを使用してMaxwellの準ノーマルモードを測定しました。これは最終的にEdGBブラックホールのホーキング放射強度を推定するのに役立ちました。

 

要約すると、彼らはブラックホールの幾何学に量子補正を適用し、ブラックホールのイベント・ホライズンにおけるホーキング放射の強度を測定しました。

 

電磁波などの古典的な放射は、アインシュタインのものとはわずかに異なります。

 

つまり、ホーキング放射ははるかに敏感な現象です。初期の宇宙で形成されたブラックホールをさらに調査することにより、物理学者は量子補正を重力に適用する方法をよりよく理解することができます。