理論物理学者の研究チームは、時空間における奇妙な構造を発見した。外部の観測者から見ると、ブラックホールにそっくりだが、よく見るとそれとは違う、宇宙の構造そのものに欠陥があるような構造である。

Albert Einsteinの一般相対性理論では、巨大な星が崩壊してできるブラックホールの存在を予言している。しかし、その中心は特異点であり、密度が無限大の点であることが理論的に証明されている。宇宙では無限の密度が存在することはありえないので、Einsteinの理論が不完全であることを示すものだと考えられている。しかし、1世紀近くもその延長線上を探し求めてきたにもかかわらず、より優れた重力理論はまだ確認されていないのだ。

しかし、超ひも理論などの候補はある。超ひも理論では、宇宙のすべての粒子は、実は微細に振動するひもの輪である。宇宙で観測されるさまざまな粒子や力を支えるためには、このひもは私たちの3つの空間次元で振動しているだけではダメなのだ。その代わりに、余分な空間次元が存在し、それ自体が非常に小さな多様体に巻き上げられ、日常的な気づきや実験から逃れることができると考えられている。

この時空におけるエキゾチックな構造は、研究チームが新しいクラスの物体、すなわち「トポロジカル・ソリトン (topological soliton)」と呼ぶものを特定するのに必要なツールを与えてくれた。研究チームは、このトポロジカル・ソリトンが、時空そのものに存在する安定した欠陥であることを突き止めた。ソリトンは物質や他の力を必要とせず、氷の割れ目と同じように時空間の構造として自然に存在する。

研究者たちは、このソリトンの近くを通過する光の挙動を調べることで、このソリトンを研究した。ソリトンは極端な時空の物体であるため、周囲の空間と時間を曲げ、光の進路に影響を与えるのである。遠くの観測者から見ると、このソリトンは、私たちが予測するブラックホールとまったく同じように見える。影ができたり、光の輪ができたりと、まさにブラックホールと同じように見えるのだ。イベント・ホライゾンテレスコープから得られた画像や、検出された重力波のシグネチャーも、すべて同じように見えるだろう。

近づいてみて初めて、自分が見ているのはブラックホールではないことに気づくのだ。ブラックホールの重要な特徴の一つは事象の地平面であり、これを越えると脱出できなくなるという架空の表面である。トポロジカル・ソリトンは特異点ではないので、事象の地平面を持たない。つまり、ソリトンに近づき、手に取ることができるのだ（ただし、ソリトンとの遭遇を生き延びることが前提）。

このトポロジカル・ソリトンは、私たちが理解している超ひも理論に基づく、信じられないほど仮説的な物体である。しかし、これらのエキゾチックな物体は、重要なテスト研究として機能する。もし研究者たちが、トポロジカル・ソリトンと従来のブラックホールとの間に観測上の重要な違いを発見することができれば、弦理論そのものを検証する方法を見つける道が開けるかも知れない。

論文

• Physical Review D: Imaging topological solitons: The microstructure behind the shadow

この記事は、PAUL M. SUTTER氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。