地球は困っています。枯れ果てた作物と致命的な砂嵐が地球に負担をかけ、人類は新しい家を切実に必要としています。
ジョセフ・クーパーが率いる勇敢な宇宙飛行士のチームは、それを見つけるための必死の試みで、土星の近くのワームホールに足を踏み入れ、光年離れたミラーの惑星に出現しました。これは、ガルガンチュアとして知られる超大質量ブラックホールを周回する海の世界です。
2014 年のハリウッド大作 Interstellar のプロットも同様です。 .しかし、最近の調査によると、このアイデアは最初に登場したほどでたらめではないかもしれません.
宇宙で他の惑星を発見する能力は、この四半世紀で驚異的な進歩を遂げました。現在、4,000 を超える系外惑星が知られています。太陽系外の世界で、遠く離れた恒星を周回しています。
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地球外生命体を探している人にとって、従来の知恵では、地球 2.0 を探すべきだと言われています。太陽のような星から安全で暖かい距離を周回する、私たちのような惑星。そこでだけ、生命に必要なものが 1 つだけ見つかります。それは水です。
生命を与える星とは対照的に、ブラック ホールは死と破壊の前兆と見なされます。それらは、巨大な星が死ぬときに形成され、その引力が非常に強いため、巨大な宇宙のトラップドアとして機能します.落ち込むと、逃げるチャンスもなく引き裂かれます。それは生命が発達するのに理想的な環境とは思えませんが、何かコツがありませんか?
ブラックホール惑星
国立天文台の和田啓一氏はそう考えている。彼はブラック ホールの物理学に取り組んでいますが、惑星の形成を研究している同僚と協力して、その考えがもっともらしいかどうかを確認しています。
「2 つの分野 (惑星形成とブラック ホール) は非常に異なっており、通常、それらの間に相互作用はありません」と和田は言います。彼らは、Interstellar の Gargantua のように、超大質量ブラック ホールの周りの惑星の形成をモデル化する知識を組み合わせることで、この状況を変えようと試みました。 .
重力が塵の粒子を小さなボールに集め始めると、星の周りに惑星が形成されます。その後、それらは徐々に互いに衝突して、ますます大きなオブジェクトを形成します。和田と彼のチームは、これがブラック ホールの周りで起こるかどうかを確認したいと考えていました。
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2019 年 11 月に発表された彼らのモデルは、ブラック ホールから十分に離れた場所 (少なくとも 10 光年離れた場所) では、重力環境が十分に安定しており、惑星が太陽のような星の周りで形成されるのとまったく同じように形成されることを示しています。 .
「これは、超大質量ブラックホールの周りに惑星のような物体が直接形成される可能性を主張する最初の研究です」と和田は言います。 「1 つの超大質量ブラック ホールの周りには 10,000 以上の惑星があると予想されます。[そこにある]ダストの総量は膨大です。」これは未踏の宇宙不動産の多くです。
そのため、惑星はブラック ホールの周りに形成される可能性がありますが、それが生命に優しい環境を提供するという保証にはなりません。地球上の生物は、太陽からの光と熱に大きく依存して生きています。星の輝きがなければ、ブラック ホールの周りの生命はおそらく代替エネルギー源を必要とするでしょう。
幸いなことに、それを手に入れるのはそれほど難しくないかもしれません。 2019 年 10 月に NASA のジェレミー シュニットマン博士が発表した論文によると、多くのブラック ホールの特徴である降着円盤が太陽の代わりになる可能性があります。
降着円盤は事実上、ブラック ホールの周りに並んでいる物質の平らな帯であり、飲み込まれるのを待っています。物質が螺旋を描いて忘却へと下っていくとき、最終的に信じられないほどの速さで移動し、膨大な量のエネルギーを放出してから、後戻りできない点を過ぎて消えます。
「私たちが知っているすべてのブラックホールには降着円盤があり、信じられないほど明るいです」とシュニットマンは言います。彼の計算によると、惑星をブラック ホールから適切な距離に置くと、降着円盤は太陽が私たちの空で行うのと同じサイズと明るさで表示されます。 「それは私たちの太陽系に非常によく似ているでしょう」と彼は言います.
そのような惑星の昼間の空は見慣れたものかもしれませんが、夜空はそうではありません。通常、超大質量ブラック ホールが存在する銀河の中心には星がぎっしり詰まっているため、シュニットマンによれば、夜空は私たちの空よりも 100,000 倍明るいとのことです。
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しかし、それらの星は天上にきれいに広がっているわけではありません。ブラック ホールの重力が惑星を非常に高い速度に加速するため、星の光はすべて、太陽よりも小さい目の前の 1 点から来ているように見えます。 「雨の中を運転するようなものです」とシュニットマンは言います。 SF 映画で宇宙船がワープ速度を上げているところを想像してください。 「それは確かに壮観に見えるでしょう。」
しかし、降着円盤によって惑星が暖められるという問題があります。 「太陽よりもはるかに多くの紫外線と X 線を放出します」と Schnittman 氏は言います。その種の放射線は、そうでなければ居住可能な惑星を殺菌する可能性があります. 「それをブロックするには、曇った雰囲気が必要です」と彼は付け加えます。
しかし、他の恒星を周回していることがわかっている太陽系外惑星についてすでにわかっていることを考えると、それは不可能ではありません。 「濃くてかすんでいる大気はよくあることのようです」と彼は言います。ですから、ここ地球では、蒸し暑い日が続くような日々を過ごすことができるかもしれません.
ブラックホールからの光
これらの危険と制限を考えると、ブラック ホールの周りの世界を温めるより安全な方法があるかもしれません。それは、ビッグバンの残りのエネルギーです。天文学者はそれを「宇宙マイクロ波背景放射」(CMB)と呼び、宇宙の創造から 380,000 年後に宇宙に放出されました。
チェコ共和国のシレジア大学の Pavel Bakala 博士によると、重力レンズ効果と呼ばれる効果のおかげで、星の代わりになる可能性があります。ブラック ホールはその巨大な質量のために、レンズのように作用する程度までその周囲の空間をゆがめます。
虫眼鏡が太陽の光を集めて棒に火をつけることができるように、ブラック ホールの極度の重力が CMB のエネルギーを軌道上の惑星に集中させることができます。
しかしバカラは、それだけでは十分ではないと言い、地球上では地球の自転のおかげで昼と夜の周期が循環しているという事実を指摘しています。 「それは地球の周りのエネルギーを循環させるのに役立ちます」と彼は言います.
居住可能な世界にとって、夜の休息は日中のまぶしい光と同じくらい重要です。 Bakala には、この問題に対する解決策もあります。それは、ブラック ホールの影です。光がブラック ホールの周りの非常に歪んだ空間を通過すると、リングが作成され、その中に暗い領域 (影) が形成されます。
これは、2019 年 4 月にイベント ホライズン テレスコープの背後にある科学者によってリリースされた、今や有名なブラック ホールの写真で見ることができます。この影を通過する惑星は、夜間に突入します。 「それは、地球での私たちの経験と非常に似ているかもしれません」と Bakala は言います。
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ただし、すべてのブラック ホールが適しているわけではありません。 「非常に高速で回転するブラック ホールが必要です」と Bakala 氏は言います。 「光速に近い速度で回転している必要があります。」これは、ブラック ホールの自転が遅いほど、安定した軌道に到達するためにブラック ホールから遠ざかる必要があるためです。
冒険しすぎると、宇宙のマイクロ波背景とブラック ホールの影によって提供される昼と夜のサイクルが得られなくなります。特に古代のブラックホールを見ると、それは問題外ではありません.ブラック ホールが古ければ古いほど、物を飲み込むときに回転する可能性が高くなります。
ブラックホールを周回する生命体が発見される可能性が高いかどうかを評価する際に考慮すべき時間関連の問題は、ブラックホールの年齢だけではありません。ブラックホールは時間そのものを混乱させます。アルバート アインシュタインは、彼の一般相対性理論の中で、空間と時間は時空と呼ばれる構造、つまり有名な時空の連続体に織り込まれていると語っています。
つまり、ブラック ホールは周囲の空間だけでなく、時間も歪めます。 「そこでは時間が 1,000 分の 1 遅く進んでいます」とバカラは言います。つまり、地球上で 1,000 日 (3 年強) が経過するたびに、ブラック ホールの惑星では 1 日しか経過しません。 「時間の遅れ」として知られるこの効果は、Interstellar の主要なプロット ポイントを構成します。 、ミラーの惑星では、地球上の 7 年ごとに 1 時間が経過します。
地球上の生命は比較的早く、最初の 5 億年ほどの間に始まりました。ブラック ホールの惑星で 5 億年が経過するには、宇宙は 5000 億年経っていなければなりません。実際、それは 140 億年弱前に形成されました。
したがって、現実世界のミラーの惑星で生命が発見されるとしたら、ここよりもかなり速く出現する必要があります.
ブラックホールの回転
イタリアの教育・大学・研究省のロレンツォ・イオリオ博士によると、その生命は、重力モンスターに非常に近い一般相対性理論のさらに別の厳しい結果に対処しなければならない.
ブラック ホールは、惑星の傾斜角 (自転軸が垂直線からどれだけ傾いているか) に大混乱をもたらす可能性があります。地球の傾斜角は現在 23° をわずかに超えており、この傾きによって季節が決まります。太陽に向かって傾いているときは夏、太陽に傾いているときは冬です。
この傾きは、隣接する惑星の重力によって引き寄せられるため、41,000 年続く周期で 22.1° から 24.5° の間で変化します。これは長期間にわたる比較的小さな変化であるため、季節間の温度変化が最小限に抑えられた安定した季節になります。
対照的に、ブラック ホール惑星の傾斜角は、ホストの周りのゆがんだ空間を移動するため、はるかに不安定です。 「わずか 400 年で数十度変化する可能性があります」とイオリオは言います。
2020 年 2 月に発表された彼の計算は、一般相対性理論の効果がこのように考慮された初めてのものです。 「これは、安定した生命体と文明が形成され、成長する可能性にとって有害です」と彼は言います。
ブラックホールを周回する惑星を実際に見つけられない限り、これはすべて意味がありません。ありがたいことに、今後の宇宙ミッションは十分に機能する可能性があります。 2034 年に、欧州宇宙機関 (ESA) は、レーザー干渉計宇宙アンテナ (LISA) ミッションの開始を計画しています。これは、重力波を検出するための非常に高感度な検出器です。重力波は、物体が通過して時空をゆがめるときに作成される波紋です。
「LISA は、天の川銀河にある地球サイズのブラック ホール惑星を検出するのに十分な感度を備えています」と Schnittman 氏は言います。 「木星サイズの惑星の場合、それより 1,000 倍遠くを見ていることになります」と彼は言います。
これにより、アンドロメダ座やさんかく座など、さらに 50 ほどの局地的な銀河が争いに巻き込まれます。ひょっとしたら、これらの太陽も星もない SF の世界が本当にそこにあるのか、ついにわかるかもしれません。
- この記事は、BBC Science Focus の第 353 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
