宇宙はビッグバンで始まったとされるが、ビッグバン発生メカニズムの研究により、ビッグバン以前にインフレーションと呼ばれる爆発的膨張が起こっていたことがわかってきた。インフレーションが起こったころの宇宙は水素原子よりも小さく、量子論的考察が必要だ。
東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構は5月30日、ビッグバン以前の宇宙の量子論的シミュレーションによる、原始ブラックホール誕生に関する考察結果を公表した。
ビッグバン直後の宇宙には、ゆらぎ（エネルギー密度の濃淡）があったことが判明している。このゆらぎをもたらした原因は、ビッグバン以前のインフレーションを起こした宇宙の量子ゆらぎが最有力と考えられ、初期の宇宙のゆらぎの度合いはCMBの観測結果から、10万分の1程度しかないとされる。
この観測事実は、スローロールインフレーションと呼ばれる、インフレーションを起こす素粒子の場が、ポテンシャルの坂道をゆっくりと転がりながらインフレーションを起こすモデルによって説明されるという。
従来考えられてきたスローロールモデルでは、短波長のゆらぎが小さく、原始ブラックホールは誕生しえない。そこで、今回の研究では、ポテンシャルの坂道の途中に踊り場を設けたウルトラスローロールモデルを考案した。これにより、様々なスケールの原始ブラックホールが誕生しうる大きさのゆらぎを生成させることが可能になる。
ウルトラスローロールモデルで原始ブラックホールをもたらす大振幅を持つ小スケールのゆらぎ同士が、量子論的にぶつかり合う効果を詳細に計算。その結果、このような小スケールに生成された大きなゆらぎが、CMBで観測される大スケールのゆらぎに影響を及ぼすことを明らかにした。だが太陽の数十倍程度の大きさの原始ブラックホールが誕生するような条件では、CMB観測結果と矛盾することも判明した。
ダークマターの本質が何なのか、なぜそれが存在するのかは不明だ。原始ブラックホールはその謎を解く重要なカギ絵を握るが、その生成機構の解明には、より複雑な理論を考え出す必要がありそうだ。
