ブラックホールの作り方謎に包まれた天体の仕組みを誰でもわかりやすく。

ブラックホールとは？

ブラックホールとはなにか。まずはその話からです。

ブラックホールホールは重力によって形成されます。一般相対性理論では重力を時空の歪みとして捉えます。その歪みは光にも作用し、光をも吸い込むのでブラックホールと呼ばれています。

いわゆる重力の穴です。

しかし厳密にはブラックホールはホールではありません。ボールです。

この話については後から。

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ブラックホールは理論上の天体で本当は存在しないのではないかと考える人もいますが、それは間違っていてほぼ確実に存在します。

ほぼと言った理由はまだ誰も見たことがないからです。

ではなぜ見たことがないのに理論上ではないのかと言いますと、時空の歪みを検出したからです。

ブラックホールは周りのものを吸い込むので当たり前ブラックホール同士も吸い込みます。

これによってできる２つブラックホールの合体は時空に歪みを生じます。

この歪みを捉えたのです。

ちなみにこの歪みは重力波と呼ばれていて今大注目の分野です。

このことからブラックホールはほぼ確実に存在しています。

ブラックホールの構造

光は1秒で地球を7周半します。一応この世で光より速く動くことのできるものはないと定義されていますので、そんな光を吸い込むブラックホールは結構すごいです。

吸い込むといってもどのくらい近くまで行ったら吸い込むのかと疑問に思ったかたもいらっしゃると思うのでここで説明を挟みます。

ブラックホールが光を吸い込む暗黒領域の大きさをシュバルツシルト半径と言います。

このシュバルツシルト半径については詳しく説明したブログがあるのでこちらを参照したください。

シュバルツシルト解から三平方の定理を導く

https://kandkblog.hatenablog.com/entry/2019/01/03/152649

シュバルツシルト解からシュバルツシルト半径を求める

https://kandkblog.hatenablog.com/entry/2019/01/04/204929

天体をシュバルツシルト半径よりも小さくすると天体自身の重力で特異点と呼ばれる一点にまで収縮してブラックホールは誕生します。

そしてこの暗黒領域と外を隔てる面を地平面と呼びます。この地平面からは光さえも脱出は不可能です。

これはブラックホールの地平面の内部を観測することが不可能ということを意味しています。

どうやって観測するのか？

では、観測できないものをどうやって観測するのか？

見れないものをどうやって見るのか？

偉大なる研究者たちが考え抜いて出た結果がこれらです。

まずブラックホールはあまりにも高速で物質を吸い込むため、吸い込みきれず勢いあまって弾かれるものがあります。

研究者はこれに注目しました。

ようするに、ブラックホールに落ちようとする物質と弾かれた物質に着目することでブラックホールの情報を探ろうとしたのです。

また可視化するほうほうもあります。

それは影を落とすことです。

この方法を知った時は身体中に電気が流れました。まさかそんな方法があったなんて。

ようするにブラックホールは観測できないので写真を撮ればそこだけなにもなくなる。

じゃあそこにブラックホールがある。

って感じです。

簡単に説明しすぎましたね。まぁ、輪郭を可視化するといったほうがいいのかもしれません。

他にもドップラー効果の利用や重力波の利用などたくさんの手法があるのですが、ここではこと２つを紹介ました。