銀河の中心にあるブラックホールは実はワームホールである可能性がある

SF 作家はワームホールが大好きです。ワームホールは不可能を可能にし、到達不可能な場所を結び付けるからです。ワームホールに入ると、別の場所 (通常はプロットに都合の良い場所) に吐き出されます。そして、これらのエキゾチックなブラックホールの親戚が現実に存在する可能性がどれほど低くても、まったく同じ理由で物理学者を魅了する傾向があります。最近、物理学者の一部は、そのような宇宙への近道が現実世界でどのように見えるかについて時間をかけて考え、銀河の中心に 1 つある可能性があると主張しました。

ワームホールの存在を確認する最も確実な方法は、ブラックホールを直接突いて、どこか他の場所への橋が隠れていないか確認することだが、人類にその機会は永遠に訪れないかもしれない。それでも、研究者は地球から最も明白なシナリオのいくつかを排除することができるだろう。たとえば、銀河系の中心にある巨大なブラックホールが行き止まりというよりは扉に近いとすれば、天文学者は反対側に何かが存在することを突き止めることができるだろう。ブラックホールの研究者は、この銀河系の溝を周回するS2と呼ばれる恒星などの軌道を何年も追跡してきた。最近の計算によると、それらの恒星がブラックホールの向こうの遠くにいるドッペルゲンガーから引っ張られていると感じた場合、見ている人に対して非常に特別なダンスを披露するだろうという。

「天文学者がS2の軌道をより高精度で測定し、範囲を絞り込み（そしてこのようなダンスに気づく）ことができれば、それで終わりです」と、結果の計算に協力したバッファロー大学の理論物理学者デヤン・ストイコビッチ氏は言う。「それは非常に大きなことです。」

ワームホールは、アインシュタインの重力理論の下で理論的に認められている空間の奇妙な形状の 1 つですが、実際にワームホールを形作るのに必要な力を持つのはブラックホールだけです。特定のブラックホールが空間の構造にひだを作ったかどうかを確認する 1 つの方法は、インターステラーを引っ張って探査機を送り込むことですが、最も近い候補に到達するには何千年も待たなければなりません。

このようなミッションをさらに空想的なものにしているのは、ほとんどの物理学者が、人間が通れるSF風の橋は存在し得ないという点で一致していることだ。アインシュタインの方程式によれば、橋が自然に崩壊する傾向に対抗する唯一の方法は、他の物理法則が大規模には禁じている一種の反発力、つまり負のエネルギーを加えることである（物理学を学んでいる学生は、エネルギーは速度や加速度と異なり、常に正になることを覚えているかもしれない）。ストイコビッチ氏によると、彼と彼の共同研究者は、以前の研究でそのような「まやかし」を避け、私たちの宇宙で機能するワームホールを説明したという。

しかし、宇宙飛行士が巨大なワームホールを通過できないからといって、何もできないというわけではない。アインシュタインの重力理論の枠組みの中で、研究チームは前回の研究で、宇宙の膨張を推進する力によって開いたままの大きく安定したワームホールを構築する方法を発見した。今回の研究では、従来の研究を拡張し、ほとんどの粒子と電場は途中で止まるが、重力の力はスムーズに通過できると計算している。つまり、理論的には、こちら側の物体は、向こう側の特に巨大な何かの引っ張りを感じる可能性がある。「私たちは少し驚きました」とストイコビッチは言う。「でも、他に何を期待できるでしょうか？重力は時空自体の特性ですから。」

最近フィジカル・レビューD誌に掲載された新たな研究では、天文学者が天の川銀河の星々に働くこのような微妙な重力作用を検出できるかどうかという疑問が投げかけられている。

ストイコビッチ氏と彼の同僚が提案する理想的なターゲットは、いて座A 、つまり銀河系の中心にあるとされるブラックホールです。より具体的には、彼らはいて座Aを周回する恒星S2に及ぼす可能性のある影響を計算しました。ブラックホールが内部にワームホールを抱えている場合、同様の恒星が反対側、つまり宇宙のどこか別の場所で周回している可能性があり、S2は、両者の間の宇宙的なつながりを通って移動する遠く離れた双子の重力を感じる可能性があります。

その結果、S2 が方向転換してもわずかだが、20 年以上の観測を経て、天文学者はこの星の加速を小数点第 4 位の精度で計測している。ストイコビッチ氏の推定では、これより約 100 倍の精度があれば、天文学者は彼のワームホール仮説を検証できる感度を持つことになる。彼によると、現在の実験は、さらに数十年にわたるデータ収集で自然に到達するはずの基準である。その時点で S2 の動きが何ら驚くべきものでなければ、サグ A* は日常的なブラックホールか、宇宙のかなり空虚な領域につながるワームホールのいずれかであるに違いない、と彼は言う。

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しかし、ストイコビッチと彼の同僚がアインシュタインの方程式を使って巨大ワームホールを分析した一方で、空間と重力の（まだ理論上の）微視的特性を研究している他の理論家たちは、これらの結論が粒子レベルで成り立つかどうか確信が持てない。ハーバード大学の物理学者ダニエル・ジャフェリスは、誰も巨大ワームホールの形成方法を提案していないため、S2による奇妙な動きは、答えよりも多くの疑問を引き起こすだろうと述べている。「おそらく誰かが意図的にワームホールを作らなければならなかったでしょう」と彼は言う。そして、本物のワームホールより可能性が低い唯一のものは、超先進的なエイリアンによって作られた本物のワームホールかもしれない。

さらに、彼は、素粒子物理学の現実は、純粋にアインシュタインの方程式から導き出された結論と衝突する可能性があり、負のエネルギーの「魔法」がなければ、通過不可能とは、本当に通過不可能なことであり、完全にそうではないと示唆している。「グラビトン（仮説上の重力粒子）を含め、何も通過できません」とジャフェリスは言う。「そのため、（ワームホールは）外部から見ることも検出することもできないようです。」

ストイコビッチ氏は、この計算をしたのは純粋に個人的な好奇心からだったと言い、その可能性が天文学的に高いことを十分認識している。とはいえ、天文学者たちはいずれにしてもデータを収集しているのだから、心を開いて待つことで失うものは何もない。「もしワームホールが 1 つ見つかったら、他にもたくさんないと信じる理由はない」とストイコビッチ氏は言う。「ブラックホールの最初の候補を見つけたとき、突然、何百万ものブラックホールが見つかったのです。」

訂正: この記事は、グループの 2 つの出版物の計算を正確に記述するために更新されました。