ブラック ホールはどのように見えますか?
Event Horizo n Telescope（EHT）コラボレーションのおかげで、ブラックホールの写真が初めて公開された後、ブラックホールがどのように見えるかが正確にわかりました.この幽霊のような画像は、メシエ M87 の中心にある超大質量ブラック ホールを示しており、地球から約 5,500 万光年離れた銀河に向けられた 8 つの異なる望遠鏡のネットワークによって撮影されました。
その引力が非常に大きいため、光は逃げることができないため、画像の暗い中心は実際にはブラック ホールの影であり、オレンジ色と黄色のリングは事象の地平線の周りの過熱された塵とガスの渦巻く塊です。このリングは降着円盤として知られており、EHT が描写できたのは数十億度の温度の物質から放出された放射線です。
ブラック ホールはどのくらいの大きさになりますか?
ブラックホールの質量に理論上の上限はありません。しかし、天文学者は、一部の銀河のコアに見られる超大質量ブラック ホール (UMBH) が約 100 億太陽質量を超えることは決してないように見えることに注目しています。これは、ビッグバンからの経過時間を考えると、ブラック ホールの成長速度から予想されることとまったく同じです。
さらに、最近の研究によると、UMBH はこれを超えて物理的に成長することはできないことが示唆されています。これは、UMBH に栄養を与える降着円盤を破壊し始め、新しい物質の供給源を窒息させてしまうからです。
- アラステア・ガン博士
ブラックホールを本当に発見したのは誰?
その謎めいた名前が最初に造られたのは 1967 年のことですが、重力が強すぎて光さえ逃れられないという考えは、はるかに古いものです。 1783 年、英国の聖職者でアマチュア科学者のジョン ミッチェルは、ニュートンの重力の法則がそのような物体の存在を示唆していることを示しました。しかし、ミシェルはさらに進んで、目に見えないにもかかわらず、そのような天体がたまたま軌道上に星を持っていれば、その姿を現す可能性があることを示唆しました.
彼は両方の点で驚くほど先見の明がありました。 1930 年代に、アインシュタインのより洗練された重力理論 (一般相対性理論として知られる) を使用する理論家は、十分に大きな星が寿命の終わりに自身の重力で崩壊し、ブラック ホールに変わる可能性があることを示しました (皮肉なことに、アインシュタイン自身はそのようなことを決して受け入れませんでした)。奇妙な物体が実際に存在する可能性があります)。
ミシェルの 2 番目の主張は、1970 年代初頭に確認されました。王立グリニッジ天文台の英国の天文学者ルイーズ ウェブスターとポール マーディン、およびトロント大学の学生であるトーマス ボルトンは、6,000 光年以上離れた青い星を周回する軌道上に巨大だが目に見えない物体を発見したことを独自に発表しました。この物体は、シグナス X-1 というコードネームの強力な X 線源であり、現在、特定された最初のブラック ホールと見なされています。
- ロバート・マシューズ
ブラック ホールは崩壊しますか?
ブラック ホールのシュヴァルツシルト半径 (事象の地平線) は、ブラック ホールの「サイズ」と見なされることがあります。これは質量に比例するため、質量の大きいブラック ホールほどシュヴァルツシルト半径が大きくなります。そのままにしておくと、ブラック ホールは「ホーキング放射」によって質量を失い、事象の地平線がゆっくりと縮小します。
典型的なブラックホールが完全に「蒸発」して消滅するには、宇宙の年齢の何十億倍もの時間を要します。しかし、ブラック ホールの内部、つまりその「特異点」 (ブラック ホールのすべての物質が集中する点) は、すでにその密度の限界に達しており、それ以上「崩壊」することはできません。
- アラステア・ガン博士
なぜブラック ホールは点火しないのですか?
通常の物質がブラック ホールの事象の地平線の内部に入ると、どのような物質になるかを物理学ではまだ説明できません。ただし、確かなことが 1 つあります。物質は原子を含む形で生き残ることはできません。通常の物質の通常の粒子である電子、陽子、中性子は、すべて他の粒子に結合するか、完全に分解してクォーク (または「プレオン」) になります。それらは単なる量子確率に押し込まれたか、まったく「物質」ではない可能性があります!ブラック ホールが通常の物質でできていないことを考えると、ブラック ホールが「点火」できるプロセス (核融合など) はありません。
- アラステア・ガン博士
銀河の中心にブラック ホールがあるのはなぜですか?
1960 年代以降、天文学者はほとんどの銀河の中心部にいわゆる超大質量ブラック ホールが含まれているという証拠を明らかにしてきました。太陽の 100 万倍から 10 億倍の質量を持つこれらのリバイアサンは、いわゆるクエーサーと呼ばれる遠方の銀河で最初にその存在を明らかにしました。クエーサーは、非常に明るいコアを持つ遠方の銀河であり、唯一のもっともらしい力の源は、物質をむさぼり食うブラック ホールの強烈な重力です。それ以来、恒星軌道の研究により、私たちのいる天の川のような比較的静かな銀河でさえ、巨大なブラック ホールを抱えていることが示されました。
しかし、彼らの起源は謎のままです。それらは、銀河が形成された巨大なガス雲の重力崩壊によって、または時間の経過とともに多くの小さなブラック ホールの合体によって作成された可能性があります。もう 1 つの可能性は、軌道を周回する星を着実にむさぼり食うことによって、単純に何十億年もかけて成長したというものです。
- ロバート・マシューズ
ブラック ホールでは時間が遅く感じますか?
いいえ、時間の経過を「感じる」方法がないからです。
大きな重力 (ブラック ホールに近づくときなど) によって時間が遅くなることは事実ですが、ブラック ホールから遠く離れた人との経験を比較することによってのみ、これに気付くことができます。自分が「遅くなった」と感じるのではなく、遠く離れた友人が「スピードアップした」のを見るでしょう。彼らは、あなたが「スピードアップした」と感じるのではなく、あなたが「スローダウンした」と感じるでしょう。
ブラック ホールの「イベント ホライズン」に近づくほど、友達に会うスピードが速くなります。しかし、あなたにとって、時間は今のあなたと同じように「感じる」でしょう。
- アラステア・ガン博士
ブラック ホールは穴ですか?
いいえ、ブラック ホールは実際には穴ではありません。ブラックホールは、非常に密度が高いことを除けば、他の物体と同じです。これにより、非常に高い重力場が発生し、光でさえも逃れることができなくなります。ブラック ホールから光が漏れることはないため、周囲の物質への影響によって検出することはできますが、ブラック ホールは目に見えません。 「穴」という用語が使用されたのは、ブラック ホールに「落ちた」ものは何でも永久に閉じ込められるからです。
サイエンス フィクションでは、ブラック ホールを、宇宙のさまざまな部分、さまざまな時間、またはさまざまな宇宙全体の間のポータルとして描写することがよくあります。これが、ブラックホールが時空の「穴」であると誤解されることが多い理由かもしれません。ただし、この概念は完全に架空のものではありません。
1935 年、アルバート アインシュタインとネイサン ローゼンは、時空を通る「ワームホール」を提案しました。これにより、長距離を瞬時に移動する手段が提供される可能性があります。しかし、自然に発生するブラック ホールは、デフォルトではワームホールを形成しません。実際、それらが自然に発生する可能性、ほんの一瞬以上安定していること、または消失するほど小さいよりも大きなものであることに疑いがあります.
- アラステア・ガン博士
ブラック ホールは回転しますか?
はい。ブラック ホールを含むすべての天体は、物質が引き寄せられる重力によって形成されます。宇宙体が元来わずかな量の回転運動を持っていたものに由来する場合、この回転速度は物体が崩壊するにつれて大幅に強化されます.
私たちのような乱流で角運動量が豊富な宇宙では、これは、塵の粒子からブラック ホールまで、あらゆるものにある程度の回転があることを意味します。特定のオブジェクトは、ブラック ホールの回転の直接的な結果であると思われる特性を観測しています。
- アラステア・ガン博士
ブラック ホールは他の宇宙へのポータルになる可能性がありますか?
一部の物理学者は、量子力学と一般相対性理論を組み合わせようとし、ブラック ホールには密度が無限になる点である「特異点」が含まれていない可能性があると結論付けました。これにより、ブラックホールが他の宇宙への近道である可能性が開かれます。 「ワームホール」と呼ばれる時空を通る実際のトンネルは、宇宙間を横断するためのより良い賭けかもしれません.しかし、それらはアインシュタインの理論によって予測されていますが、ワームホールはまだ発見されておらず、ワームホールが自然に発生する可能性はまったくありません.
- アラステア・ガン博士
ブラック ホールは常に銀河の中心にありますか?
ほとんどの渦巻銀河 (およびおそらくすべての種類の銀河) にブラック ホールが含まれている可能性が非常に高いようですが、これらの重力獣が存在する場所はこれらだけではありません。
ブラック ホールはその性質上、直接観測することはできず、天文学者はブラック ホールの検出を環境への影響に依存しています。ブラック ホールを周回する物質の円盤は非常に熱くなり、望遠鏡で検出できる大量の放射線 (主に X 線) を放出する可能性があります。したがって、宇宙のよりエネルギーの高い現象の多くは、ブラック ホールによる物質の降着に起因すると考えられてきました。これらには、強力な X 線ビームを放出するディスクが含まれます。
天文学者はまた、天の川銀河の星々の間を漂う孤立した恒星質量のブラック ホールを発見しました。これらは、それらの極端な重力が背後のより遠くの星の光をどのように曲げるかを測定することによって、間接的に発見されました.
- アラステア・ガン博士
ブラック ホールは本当に眠りに落ちるのですか?
超大質量ブラック ホールは銀河の核の奥深くに存在し、絶えず物質をむさぼり食うため、膨大な量の X 線を放出します。このような天体は、すべての銀河の中心部に隠れていると考えられています。しかし最近、天文学者たちは、スカルプター銀河 (NGC 253) (写真) にそのようなブラック ホールの 1 つが眠っているように見えることを発見して驚きました!
NASA の NuSTAR 宇宙船による観測では、NGC 253 からの X 線放出を検出できませんでしたが、チャンドラ X 線天文台による 10 年前の観測では、ブラック ホールの摂食の明らかな兆候が示されました。天文学者は、ブラック ホールが休止状態になったのか、それともチャンドラの観測が別の X 線源からのものだったのかについて、まだはっきりしていません。
研究者たちは現在、ブラック ホールが眠りから覚めることを望んでおり、もし起きたら捕まえる準備ができているでしょう!
- アラステア・ガン博士
すべての渦巻銀河の中心にはブラック ホールがありますか?
確かではありませんが、ほとんどの (すべてではないにしても) 渦巻銀河には超大質量ブラック ホールが含まれている可能性が非常に高いようです。その不確実性が存在する理由は 2 つあります。まず、宇宙のすべての渦巻銀河を物理的に調べて、その事実を完全に確信させることはできません。第二に、理論によると、銀河が中心のブラック ホールを含む必要はありません。中心のブラック ホールがなくても銀河としてまとまります。
しかし、多くの銀河では、ブラック ホール (またはその環境への影響) が乱流コア領域で明確に観察され、星のダイナミクスは非常に重い天体の存在を示すことがよくあります。
また、初期宇宙における銀河の形成において、ブラック ホールが非常に重要であり、おそらく必要でさえある可能性があるという非常に強力な証拠もあります。これは、すべての種類の銀河 (渦巻銀河を含む) の心臓部に重力獣が含まれていることを意味します。
- アラステア・ガン博士
サイエンス フォーカス ポッドキャストを聞く :
- 太陽系について小惑星が教えてくれること - ナタリー・スターキー
- そこに誰かいますか? - マイク・ギャレット
ブラック ホールは熱いですか、それとも冷たいですか?
ブラックホールの内部は凍えるほど冷たいが、外側は信じられないほど熱くなっている。私たちの太陽の質量を持つブラック ホールの内部温度は、絶対零度より約 100 万分の 1 度高いです。
ただし、穴のすぐ外側では、穴の重力井戸に引き込まれる物質が光速近くまで加速されます。材料の分子が激しく衝突し、数億度の温度まで加熱されます。天文学者がブラック ホールを研究するとき、これが彼らが目にする物質です。
物質からの放射線は、穴自体から漏れる微量の放射線を隠します。そのため、天文学者が観測するのは、内部の凍てつくような冷たい環境ではなく、非常に暑い外部環境です。
-レン・フィッシャー
惑星がブラック ホールの周りを回ることは可能ですか?
そうしない根本的な理由はありません。ブラック ホールは、入ってくるものは何でもむさぼり食うという評判にもかかわらず、実際には星のような重力の別の源にすぎません。そのため、十分に速く移動する場合、彼らは喜んで何でも軌道に乗せます。太陽と同じ質量のブラック ホールに必要な速度は、親星から同じ距離を周回するのに必要な速度と同じです。
ただし、実際にブラックホールを周回する惑星があるかどうかは別の問題です。これは、通常、太陽質量のブラック ホールが、核燃料を使い果たし、超新星爆発で爆発する巨大な星の残骸であるためです。このような大変動が起きても、惑星が無傷のまま残る可能性は非常に低いようです。
とは言うものの、1992 年に太陽系外で発見された最初の惑星が、別の形態の超新星残骸であるパルサーを周回しているのが発見されました。彼らがどのようにして親星の破壊を生き延びたのかは、謎のようなものです. 1つの可能性は、それらが超新星爆発の後に爆発によって作られた残骸から形成されたというものです.そのため、可能性は低くても、惑星が周回するブラック ホールが存在する可能性はあります。
- ロバート・マシューズ
なぜ重力はブラック ホールから脱出できるのに、光は脱出できないのですか?
ブラックホールから脱出するには光速を超える速度が必要ですが、アインシュタインの重力理論である一般相対性理論によれば、重力とは質量の存在による空間と時間の歪みです。そのため、重力はブラック ホールの内部から逃れることはありません。それは単にホールの存在によって引き起こされます。
しかし、ブラック ホールが衝突すると、ブラック ホールを取り囲む時空が応答して、重力波として知られる波紋を生成します。しかし、再び彼らはブラック ホールの中から「逃げる」わけではありません。
- ロバート・マシューズ
