橋本幸士（大阪大学大学院理学研究科教授）は、木下俊一郎（中央大学理工学部助教）、村田佳樹（日本大学文理学部准教授）との共同研究により、物質に等価なブラックホールの姿を直接観測する方法を世界で初めて明らかにしました。
超弦理論の分野で近年急速に発展しているホログラフィー原理により、「ある種の物質はブラックホールと等価な物理的性質を持つのではないか?」と考えられるようになってきました。例えば、高温超伝導体など、電子が強く結合する物質は、ブラックホールと等価な性質を持つ可能性があります。しかし、その等価性を直接検証する方法は分かっていませんでした。本研究では、天文学で用いられている、重力レンズ効果によりつくられるアインシュタインリングの観測手法を応用することで、物質とブラックホールの等価性を実験的に直接確認する方法を世界で初めて提唱しました。さらに、もしある物質にブラックホールと等価な描像が存在するのであれば、物質上でアインシュタインリングがどのように観測されるのかを理論計算により示して実際に画像化することに成功しました(図)。
本研究で提案した手法を用いて、ブラックホールに対応する物質を見つけることができれば、卓上での小規模物性実験でブラックホールの様々な性質を解明することが可能になり、特に、量子重力理論の解明に向けた大きなステップになることが期待されます。
本研究成果は、2019年7月19日に米国科学誌「Physical Review Letters」のオンライン版にて公開されました。

[図]今回提案した方法を用いて、物質側の物理量からアインシュタインリングの像を構成した例。温度(ブラックホール半径r_hに対応)によって、リングの半径は変化する。また観測する角度θ_obsによっても像が変形していく様子も見てとれる。