Alonso-Monsalve氏とKaiser氏は、色荷による粒子の振る舞いを理論的に表現する「量子色力学」を用いて、初期宇宙における素粒子の振る舞いを計算し、原始ブラックホールが生成されるかどうか、生成されるならばどの程度の質量のものが生じるのかを考察しました。その結果、この時点の宇宙においては、色荷によって素粒子が集中しすぎた領域で原始ブラックホールが生成されることが分かりました。原始ブラックホールの典型的なサイズは質量70億t（直径数百mの小惑星程度）であり、直径は原子の数千分の1となります。このサイズならば、ホーキング放射による寿命は宇宙の年齢と同程度の長さであるため、現在の宇宙でも生き残り、暗黒物質としての振る舞いを見せるでしょう。 しかし、今回の研究では予想外の副産物も生まれました。非常に少量ながら、より軽い原始ブラックホールがユニークな性質を示すことが分かったからです。このような軽い原始ブラックホールでは、特定の色荷を持つ素粒子が集中することで、ブラックホールに “色が付く” ことが予測されたのです。ちなみに、今回の研究の主眼である典型的なサイズの原始ブラックホールは “無色” です。 このブラックホールの通常の意味での色はもちろん “黒” ですが、色荷を持つという意味で「色荷ブラックホール」のような名称で呼ぶことができます。このようなブラックホールの存在は数十年前から理論的に予言されていたものの、現実的なプロセスで生成されるとは誰も予測していませんでした。研究の本筋から外れているとはいえ、非常に興味深い発見です。しかも、今回の理論で得られた色荷ブラックホールは、理論的に持ちうる色荷の上限に近い値を取ることが判明しました。この点も興味深いことです。

■一瞬で消えた色荷ブラックホールの影響は？

色荷ブラックホールの質量は20t程度と極めて軽いため、あっという間にホーキング放射で蒸発します。それでも、蒸発が始まるのは宇宙の温度が十分に下がった頃であるため、色荷ブラックホールはクォーク・グルーオン・プラズマが “冷え固まる” 時代を過ぎてもしばらくの間は存在したと考えられます。 Alonso-Monsalve氏とKaiser氏は、色荷ブラックホールは蒸発するまでに陽子と中性子の分布をかき乱したと考えています。すると、陽子と中性子が合体して原子核を作るプロセス（ビッグバン元素合成）に影響を与えるため、水素よりも重い元素の豊富さに影響を与えたかもしれません。恒星での核融合反応の進行にも間接的に影響を与えるため、惑星や生命などのより重い元素で構成される全ての物質に影響を与えるでしょう。 また、たとえ過去の一瞬であったとしても、色荷ブラックホールが存在したということ自体も興味深い話です。色荷ブラックホールは従来の理論でよく検討されてきたブラックホールにはないパラメーターを持つことから、ブラックホールにまつわる重要な要素である「ブラックホール無毛定理（または脱毛定理）」（※3）と「宇宙検閲官仮説」（※4）に影響を与える可能性があるためです。量子力学では、ブラックホール無毛定理からは導けない4番目の “毛” （性質）が現れるかもしれず、それによって宇宙検閲官仮説をすり抜ける新たな抜け穴が生じるかもしれないからです。 今回の研究では、暗黒物質の正体を探る理論計算から思わぬ発見が得られました。原始ブラックホールはごく初期の宇宙だけでなく、現在の宇宙にまで影響を与えているのかもしれません。 ※3…ブラックホールは質量・電荷（帯びている電気の符号と量）・角運動量（自転の性質）の3つの性質しか持たないという考え。無毛定理とは、通常の物質が持つ無数の性質と比べればブラックホールの性質が極端に少ないことを「毛が（3本しか）ない」と例えたことに由来します。今回の研究のように、量子力学に基づけばブラックホールに4本目やそれ以上の “毛” が存在する可能性があります。 ※4…ブラックホールには、内側から外側へと情報が出てこない境である「事象の地平面」と、現代物理学が破綻する「特異点」が存在します。特異点からの情報が出てくるのは現代物理学の上では不都合であるため、特異点は常に事象の地平面に囲まれていなければならない（裸の特異点は存在しない）という仮説が「宇宙検閲官仮説」です。事象の地平面が消えてしまうことは現状の理論の枠組みの中でもあり得ますが、ブラックホールに新たな性質が加われば、ごく簡単な方法で事象の地平面が消えてしまう “抜け穴” となってしまうかもしれません。 Source Elba Alonso-Monsalve & David I. Kaiser. “Primordial Black Holes with QCD Color Charge”. (Physical Review Letters) Matteo Rini. “Colorful Primordial Black Holes”. (Physics) Jennifer Chu. “Exotic black holes could be a byproduct of dark matter”. (Massachusetts Institute of Technology)