驚愕！“ブラックホール”の10の真実！あなたが知らない宇宙の雑学！

夜空に広がる、満天の星。
 
遥か宇宙には、
私たちの想像を遥かに超える
あらゆる天体や物質、現象が存在しています。
 
光さえ捉えて離さない
“ブラックホール”は、その一つ。
 
膨大な質量を持つその天体には、
いくつもの驚くべき秘密が隠されています。

こんにちは。えむちゃんです。
今回は、“ブラックホール”の10の真実をご紹介します。

ブラックホールとは？

あなたは、ブラックホールについて
どのぐらい知っていますか？
 
ブラックホールとは、
宇宙空間において
極めて強い重力を持つ天体のことであり、
一度それに取り込まれれば
物質だけでなく、光さえも脱出することができません。
 
光が放たれずに、真っ黒に見えることから
“ブラックホール”と名付けられました。

ブラックホールの10の真実！

実際に直接観測できたのはいつ？

ブラックホールはいつ発見されたのでしょう？
 
今から100年以上も前から
ブラックホールの存在の可能性については言われてきましたが、
実は、その姿を観測することができたのは
つい最近の出来事です。
 
発見の歴史は、1905年まで遡ります。
 
ブラックホールという概念が初めて生まれたのは、
かの天才物理学者アインシュタインが
相対性理論を提唱したことがきっかけでした。 

しかし当時にはあまりにも斬新な考えだったことから、
発表からしばらくの間は、
現実には存在しない
数式上の空想の天体として考えられていました。
 
ところが、1970年代に入ると
技術の発展とともに
様々な事象が観測できるようになり、
2000年代にはようやく
ブラックホールの存在を示す
極めて有力な証拠が得られました。
 
そして2019年4月10日、
ついにブラックホールの直接撮影に成功。
 
ブラックホールの概念が提唱されてから、
実に100年という時間をかけて、
人類は観測と理論によって
ブラックホールの存在を証明したのです。

銀河の中心には何がある？

さて、私たちの住む銀河系には
約2000億〜4000億個の恒星が
渦を巻いたような形で存在しています。
 
そしてその中心には、
果てしなく巨大な恒星が存在していると
考えられていました。
 
しかし、近年の研究により、
それは巨大な恒星ではなく
太陽の400万倍もの質量を持ったブラックホールである
ということがわかったのです。
 
さらには、他の銀河系では
なんと太陽の65億倍という質量を持つ
ブラックホールも見つかっています。
 
地球の約33.3万倍の質量を持つ、太陽。
その数十億倍の質量といったら、
想像を絶するスケールです。
 
全宇宙には、推定2兆個もの銀河があり、
それぞれの中心には
同様にブラックホールが存在します。
意外な数の多さに、驚かれましたか？

ブラックホール発生のメカニズムとは？

研究により日々解明の進む
ブラックホールですが、
形成されるメカニズムは、未だわかっていません。
 
ブラックホールは
大きく2つの種類に分類されています。

太陽の約十倍の質量を持つ
“恒星質量ブラックホール”は、
質量の大きな星が寿命を終え、
最期に超新星爆発と呼ばれる大爆発を起こす際に
形成されると考えられています。
 
一方、太陽の百万〜数十億倍という
恒星質量ブラックホールよりも遥かに大きな質量を持つ
“巨大ブラックホール”は、
どのようにして生まれるのか
はっきりとわかっていません。
 
 
一説には、小さなブラックホールが長い時間をかけて
あらゆる物質を吸い込み質量が増すことで成長し、
巨大なブラックホールになると言われています。
 
しかし、これまでに観測した中で
最も遠くにある巨大ブラックホールは
ビッグバンから約10億年後に誕生したものであり、
わずか10億年で急成長するということは計算上あり得ず、
明確な結論は出ていません。

ブラックホールの中心には何があるか？：特異点

ブラックホールの構造は、大きく
特異点・事象の地平面・降着円盤からなります。

・特異点（Singularity）：密度や時空の曲率が無限大となる点
・事象の地平面（Event Horizon）：光が脱出できるぎりぎりの距離
・降着円盤（Accretion Disk）：ブラックホール周囲のガスや塵でできた円盤
 

ブラックホールの内側は光さえ脱出できないため、
内部を観測することはできませんが、
その中心は“特異点”と呼ばれ、
あらゆる物質がこの無限に小さな点に押し潰されている
と言われています。
 
しかし、実際のところ、
特異点で何が起こっているのか、
何があるのかは、わかっていません。
 
特異点では、通常の物理法則は存在せず、
全ての理論が成り立たないのです。

ブラックホールの表面には何があるか？：事象の地平面

ブラックホールの真っ暗な部分は
一見、本体の表面であるように思えますが、
実はそうではありません。
 
そこは“事象の地平面”と呼ばれ、
情報伝達が一方的になり、
内部からの情報が一切出てこなくなる境界面です。
 
この境目以降は、
重力によって、光が吸収されるため
真っ暗に見えるのです。

ブラックホール周囲の明るさ：降着円盤

では、真っ暗な「事象の地平面」に対して
その周囲を囲む、光り輝くものはなんでしょう。
 
ブラックホールは、常に周辺のガスを吸い込んでおり、
周りには降着円盤と呼ばれる
ガスや塵でできた円盤が囲っています。
 
しかし、それらがただ星のように
光っているわけではありません。
 
ブラックホールに物質が落下する際、
位置エネルギーが熱エネルギーへと変換されることで、
周囲は極めて明るく光るのです。

ホワイトホールとの関係性！

なんでも吸い込んでしまう“ブラックホール”。

対して、吸い込まれたものが出てくる
“ホワイトホール”という概念が数学上、存在します。

これは実際にあるものなのでしょうか？

ブラックホールは、物質を吸い込む“穴”ではなく、
あくまで天体です。

そのため、入口や出口といったものは
存在しないとされています。

また、ホワイトホールという天体が存在する痕跡も
現在発見されておらず、
実際にはないものとして考えられています。

ブラックホールに落ちるとどうなるか？

出口のないブラックホール。

もしもそこに落ちてしまったら、
一体どうなってしまうのでしょう？
 
一般相対性理論では、
重力は空間を歪ませ、時間の進み方が変化するとされています。
 
これはつまり、
重力が大きければ大きいほど、
時間の進み方が遅くなるということです。
 
重力が非常に大きいブラックホールに落ちたと想定し、
離れた場所にいる観測者から見ると、
事象の地平面に近づくにつれ
落下の速度が遅くなるように見え、
やがて事象の地平面の位置で
停止するように見えると言います。
 
また、事象の地平面に近づくほど
落下したものの発する光の波長は伸びて赤くなっていき（赤方偏移）、
最終的には見えなくなってしまいます。

一方で、ブラックホールに落ちた側は、
何事もなく事象の地平面を通過しますが、
事象の地平面の外側の時間が高速で進んで見えると
推測されています。
 
その先は、誰にもわかりません。

ブラックホールは作り出せるか？

ブラックホールとは、
「大量の物質を非常に小さな空間に押し込めた極限の状態」とも言えます。
 
ブラックホールは重さに対して
あり得ないほど小さい天体であり、
その大きさは、質量に正比例します。
 
 
実は、理論上、どんな重さのものでも
限りなく小さくしていくことができれば
ブラックホールになります。
 

限りなく小さくというのは、
具体的にどれくらいの程度をいうのでしょう。
 
例えば、地球が同じ重さのまま、
半径0.9cmになった場合、地球はブラックホールとなります。
 
太陽であれば、約70万kmの半径が3kmにまで小さくなれば
ブラックホールになると言われています。
 
【地球】
半径6400km、1cm3あたり5.5gの密度
→ 半径0.9cm、1cm3あたり2兆kgの1兆倍の超高密度
 
【太陽】
半径696,340km → 半径3km

人工ブラックホールは世界を滅ぼすか？

理論上、非常に小さな空間にエネルギーを注ぎ込めば
ブラックホールが発生すると考えられていますが、
現在の技術ではまだ作り出すことはできません。
 
しかし、仮に小さなブラックホールを作り出すことができても
ホーキング放射により、一瞬で蒸発してしまうと考えられています。
 
ホーキング放射（Hawking Radiation）とは、
1974年にイギリスの物理学者
スティーヴン・ホーキング博士が提唱した
“ブラックホールからの熱的な放射”を意味します。
 
ホーキング博士は、
「ブラックホールは、放射によって、
質量を減少させながら蒸発する」と考えました。

現在、宇宙に存在する恒星質量ブラックホールや
巨大ブラックホールは、
ホーキング放射により失うエネルギーよりも、
吸い込むエネルギーの方が大きいため、質量は蒸発しません。
 
しかし、小さなブラックホールの場合は
失うエネルギーの方が多く、
一瞬にして蒸発してしまうのです。

多くの謎に包まれた
不思議な天体・ブラックホール。
 
その中心で起こる全ての現象は
ブラックホールの中に留まり、
未だ明かされない秘密を隠しています。
 
全ての謎を解明する時代は
果たしてやってくるのでしょうか。
 
 
果てしなく広い宇宙には
ブラックホールをはじめ、未知のものが
数多く存在します。
遥か遠く、宇宙の果てには
一体何があるのでしょう？

想像を絶する宇宙の大きさと、
宇宙の果ての謎については
こちらの記事でご紹介していますので
気になる方はぜひチェックしてみてくださいね。

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