ブラック ホールは、暗い事象の地平線と非常に強い重力を持ち、そこから逃れることができない一種の高密度の物質球です。これはアルバート・アインシュタインの一般相対性理論の自然な結果であり、重力は巨大な天体によって引き起こされる時空構造の歪みの結果として再定義されます。
ブラックホールについてのまとめ
- ブラックホールは、少なくとも3つの太陽質量を持つ星の凝縮した残骸から発生します。
- おとめ座銀河団内の楕円銀河メシエ 87 の内部に位置するブラック ホールは、その画像が初めて捉えられたものです。
- ブラックホールは特異点、事象の地平線、降着円盤で構成されています。
- 物質を消費すると、相対論的ジェットが消滅します。
- その種類は太陽質量に応じて異なり、恒星ブラックホール、中間ブラックホール、超大質量ブラックホールなどがあります。
ブラックホールとは何ですか?
ブラックホールは物質が極度に蓄積した小さな宇宙領域で、非常に強い重力場を引き起こし、その内部から情報や光が漏れるのを防ぐことができます。
ブラックホールの起源
ブラックホールは、太陽質量が少なくとも3つある大質量星の死など、壊滅的な出来事によってのみ発生します。この大質量星の質量が太陽の質量以下であれば、白色矮星に進化します。
星の生涯の何百万年にもわたって、その中心部で数十億回の核融合反応が起こった後、燃焼を引き起こす化学元素（水素やヘリウムなど）が不足し始めます。その結果、星の核が崩壊し始め、超新星爆発が起こります。これらの巨大な星では重力が非常に強いため、小さな空間に大量の物質が蓄積し、ブラックホールが生成されます。
ブラックホールの最初の画像
ブラックホールの最初の画像は、 2019 年 4 月 10 日に公開されました。 イベント・ホライゾン・テレスコープは、地球の周りに配置された9つの電波望遠鏡を含み、ブラックホールの画像を取得することを目的としています。
この超大質量ブラックホールは太陽65億個分の質量と直径400億キロメートル、地球の300万倍に相当します。それは、地球から 5,000 万光年以上離れた、おとめ座銀河団の楕円銀河メシエ 87 内に位置しています。
ブラックホールの構造
ブラックホールの構造は、その特異点、事象の地平線、降着円盤によって与えられます。
- 特異点:ブラック ホールに引き寄せられたすべての物質とエネルギーが崩壊する、無限の密度を持つホールの中心領域です。
- 事象の地平線:特異点を囲む領域です。近づいた物質とエネルギーは決して逃げることはできません。
- 降着円盤:ブラック ホールの周囲で高速で移動する円盤です。これらは、X 線、赤外線、電波などの電磁放射を生成する過熱した塵とガスで構成されており、これらによってブラック ホールの位置を特定することが可能になります。
- 相対論的ジェット: 星、ガス、または星の塵を消費した後、実質的に光の速度でブラック ホールの内部から離れる粒子と放射線のジェットです。
ブラックホールにはどんな種類があるのか
天文学者によると、ブラックホールは太陽の質量に応じて、恒星、中間、または超大質量になる可能性があります。
- 恒星ブラックホール:太陽質量が 3 ～ 100 倍の恒星の重力崩壊によって形成されます。
- 中間ブラック ホール:太陽質量が恒星ブラック ホールより大きく、超大質量ブラック ホールより小さく、その範囲は 100 から 10,000 太陽質量の範囲です。
- 超大質量ブラックホール:太陽質量が 10,000 個を超えるブラックホールです。
中大質量穴の形成はまだ不確実であり、既存の理論を証明する必要があります。
ブラックホール理論
ブラック ホール理論は、特殊相対性理論を非慣性系 (ニュートンの法則が満たされない物理的基準系) に拡張し、一般相対性理論を定式化したいというアルバート アインシュタイン (1879 ～ 1955 年) の願望から生まれました。 。
1915 年 11 月 25 日、アインシュタインはベルリンのプロイセン科学アカデミーで理論を発表しました。同年、天体物理学者カール・シュワルツシルト（1873-1916）は、アインシュタインの研究を含むアカデミー年報のコピーを受け取りました。入院にもかかわらず、シュワルツシルトはこれらのアインシュタイン場方程式を開発することを決意し、球面対称の場合の正確な解を見つけました。
そこでシュヴァルツシルトは自分の原稿をアインシュタインに送り、アインシュタインは著者の代わりに1916年1月13日にアカデミーでその原稿を発表した。シュヴァルツシルトの解は、特定の質量に対して、シュヴァルツシルト半径と呼ばれる半径で発生する特異点の出現を引き起こしました。星の半径がシュヴァルツシルト半径より小さい場合、その星の放射された光線はその無限の加速によって反射されてしまうため、その星は見えません。つまり、ブラック ホールが存在することになります。
1939年、アインシュタインは「この調査の本質的な結果は、なぜ『シュヴァルツシルト特異点』が物理的現実には起こらないのかを明確に理解することである」と述べた論文を発表した。これらの非常に高密度の天体が物理学者ジョン ウィーラー (1911-2008) によってブラック ホールと名付けられたのは 1962 年のことです。
ブラックホールに関する好奇心
ブラック ホールについては興味深い事実がいくつかあります。それを念頭に置いて、いくつかを選択しました。
- 2022 年 5 月 12 日、私たちの銀河の中心にあり、太陽質量 400 万個を持つブラック ホールの最初の画像が公開されました。
- M60-UCD1銀河の中心で、太陽質量2100万個に相当する質量のブラックホールが発見された。
- 天文学者は、天の川の星々の間には 1 億個のブラックホールがさまよっていると仮説を立てています。
- 地球に最も近いブラック ホールは、1600 光年離れたガイア BH1 連星系のへびつかい座にあります。
- 1964 年に、白鳥座 X-1 と名付けられた最初のブラック ホールが発見されました。このブラック ホールは、6197 光年離れた天の川銀河の白鳥座にあります。
- 太陽のシュヴァルツシルト半径は約 3.0 km です。
情報源
グアリエント、ダニエル・カラスコ。宇宙における原始ブラックホールの進化。サンパウロ: 博士論文 (IFUSP)、2010 年。