ブラックホール

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これから先、私、宇宙船Hａｌｅ－Bopp艦隊司令官の知識も想像力もはるかに超える世界なので、諸先生方の知識、資料を拝借しながらブラックホールの謎を探りたいと思う。
ブラックホールは、今やＳＦの世界の話ではありません、ハッブル宇宙望遠鏡がブラックホールの存在を実証する写真を撮影し、さらに日本のＸ線天文衛星「はるか」も大活躍している事実をまずお伝えしておこう。

光より速い素粒子ミュウ型ニュートリノ観測
わぁ～っ！この世に光より速く移動する物質が存在した！2011年9月23日、物質を構成する素粒子の一種ニュートリノが光の速度より速く移動するという観測結果を名古屋大学等の国際研究チームが発表した。この観測結果は現代物理学の根底を揺るがし、あのアインシュタインの特殊相対性理論を覆す可能性もあるので結果につtの解釈コメントは付けず他の研究グループの観測・実験検証を求めるために発表したという。

その観測結果とは、スイス・ジュネーブの欧州合同原子核研究機関の加速器から打ち出されたニュートリノ（ミュー型）が７３０Ｋｍ離れたイタリアのグランサッソー地下研究所に到達する時間を測定した。この距離を光では0.0024秒で飛ぶがニュートリノは光より1億分の6秒速く到達したという。実験は3年間かけてＧＰＳと光学測量を組み合わせ15000個分を測定し、誤差を考慮しても光速を超えていることは間違いないとして発表された。光速毎秒29万9792.5Kmであるのに対しニュートリノは毎秒29万9799.9Kmとなり毎秒7.4Km速いことになる。ちなみに観測に使用されたＧＰＳと光学測量の精度や15000個分の観測データから誤差は最大でも1Km前後とされている。

質量を持つ物質が光速に近づくと、その物質の質量が無限大に迫り加速できなくなる、すなわち如何なる物質も光速を超えられないとするのが1905年発表されたアインシュタインの特殊相対性理論であり、100年余り支持されてきた現代物理学の基本原理だ。原理が覆ったら時間は進み方が逆になったり？無限大より重い物質なんて？サイエンスフィクションSFの世界異次元として、私達の前後・左右・上下・時間の4次元の世界から5次元、6次元、多次元世界へと宇宙原理が発展するのかも知れない。

紀元前から2000年以上も信じられていた天動説が1837年星の年周視差が確認され地動説が実証されました、特殊相対性理論が発表され100年余り、現代物理学はこの理論を土台に発展してきた、もしこの基本原理が覆るなら計り知れない影響が出るだろうが、コペルニクス的転回が近い将来起こる予感もする。この発表は2012年ミスがあったと訂正されています。

天の川の中心に巨大星団発見！
2012年7月、慶応大などのチームは地球から3万光年離れた天の川中心部に太陽の10万倍の巨大星団発見したと発表！
星団の中心では太陽質量の数百倍のブラックホールが生まれ周囲と合体をくり返し巨大ブラックホールへと成長すると言っている。
観測では、天の川銀河中心部から出てくる電波に、周囲に比べ温度が異常に高く水素分子が1立方センチ当たり一万個の集まった濃いガスの塊が４つあり、此の内の一つが星の一生の最期「超新星爆発」を繰り返し起こしていたと言う。

天の川銀河の中心ブラックホール「いて座Aスター」の回転は意外に遅い？
２０１０年３月、宇宙航空研究開発機構は、当該ブラックホールに吸い込まれるガス円盤（降着円盤）の回転速度を赤外線などで観測したデータを新手法で解析、回転速度を算出。その結果自転速度は光速の２２％であったと発表！。従来の光速の４５％以上で回転しているとされた巨大ブラックホールの正体が覆された。ブラックホールは中心から高速のガス（宇宙ジェット）を噴出し、星の形成を促す、質量の割に回転が遅いのはこの宇宙ジェットの噴出に使われているのではないかと言う。今後銀河の進化を知る手掛かりになるのでは・・・・・・・。

星の崩壊
２００４年２月１８日米航空宇宙局(NASA)とと欧州宇宙機関(ESA)の共同研究チームが、ブラックホールに接近した星が強力な重力の影響で星の一部がバラバラになってブラックホールに吸い込まれる様子をエックス線による観測で始めてとらえたと発表しました。
ブラックホールの成長やブラックホールが周辺の星に与える影響の研究に有用な観測結果としています。

銀河系中心にブラックホールが
私達の銀河系の中心には、中心付近の星の運動やX線の観測などでブラックホールが存在するのではないかと想像されていました。
２００２年春、銀河の中心の電波源いて座Aスター付近にS2と名付けられた星がある、この星の観測結果が発表され公転周期１５．２年であると言う。このS2の軌道運動を説明するためには、この星の軌道の内側直径約２光年の中央に太陽質量の２６０万倍以上のブラックホールの存在でしか説明出来ないのです。

天才アインシュタインの脳はやっぱり違っていた。！
１９９９年６月１８日の英医学誌に、保存されているアインシュタインの脳を、解剖学的に測定し普通の男女８５人の脳と比較分析した結果として発表された記事によると、
アインシュタインの脳は、「頭頂葉下部」が一般人より１５％も大きく発達していて、この部分に普通あるはずの大脳の溝が無い」と指摘しています。この事実の意味することは、数学的思考や空間的視覚における認識能力はこの大きく発達した頭頂葉に依存すること、大脳に溝が無いことで、より多くの神経細胞が緻密に連携し働く事を可能にしていると結論しました。やっぱり我々凡人とは出来が違っていたのです。

特殊相対性理論覆るか？
宇宙には、宇宙誕生のビックバンの名残の宇宙背景放射と呼ばれる電磁波が確認されている。
特殊相対性理論では、この宇宙背景放射のため1億光年以上の先から飛来する超高エネルギーの宇宙線は宇宙背景放射と反応して届かないとされる、では今山梨の観測機器で観測されている超高エネルギーの宇宙線は何処から来ているのか？を東京大学宇宙研究所が調べている。
この宇宙線の発生源と思われる巨大ブラックホールなどは1億光年以内にはまだ見つかっていない、未知の発生源があるのだろうか？アインシュタインの特殊相対性理論が根底から覆るのだろうか？これの検証のため２００５年に日本が提案し高精度の観測機器が積み込まれることになりました。

※かに星雲の輝き
太陽質量の８倍～３０倍位の星が超新星爆発をして、核として残った超高温、超高密度の半径１０km位の中性子星が紫外線を発し、赤色巨星時代に放出した自らの外層をプラズマ化して輝いているところを見てきた。さらに太陽より小質量の星は爆発することもなく外層を放出しながら静かに白色矮星となり宇宙に漂うことも観てきた。

褐色矮星
どんな星でも、夜空に輝く星となれる訳ではない、最低でも太陽質量の1/10位ないと
中心核は、核融合反応を起こすまでに温度が上がらず、一人前には輝けないのです
、このように質量不足のため恒星になり損なった星が褐色矮星です。
また、99年５月発表されたニュースによると、最近発見された褐色矮星はいずれもメ
タンを大量に含んでいること、ペアになる星がないことから誕生後数十億年も経って
年老いて冷えた表面温度900度以下の星であるとみられ、関係者を驚かせています。
いまだ明らかになっていない謎の多いダークマターの有力な候補のひとつとも見られ
ています。

赤色巨星
恒星は水素ガスが核融合反応を起こしエネルギーを放出し輝いています。その燃料
である水素が不足してくると、圧力が低下し恒星自身の重力が中心核を圧縮するの
で、中心核の温度が上がり、星の外層が膨らんで、元の大きさの数十倍、数百倍に
なり赤く輝きます。これが赤色巨星です。

白色矮星
太陽の4倍位までの質量の星は、赤色巨星時代から中心核の温度はあまり上がらな
いので、核融合反応の火が消え静かに冷えてゆき収縮し密度のとても高い星となり、
外層は拡散し、数千年から数万年惑星状星雲として宇宙空間を彩り、やがて中心の
星がむき出しになり、紫外線を放射しますこれが白色矮星です、がやがて静かに冷え
て宇宙空間に小質量星の最期の姿として漂うことになります。

２００１年３月、米英の研究グループが未知の物質「暗黒物質」の有力候補とされる白色
矮星を南天の１０％の領域で３８個発見したと発表しました。
これは、観測精度を考え合わせると、暗黒物質と呼ばれる見えない天体の３５％が白
色矮星である可能性を示唆します。暗黒物質は宇宙の全質量の９０～９５％と推定され
ています。

※恒星サイズのブラックホール
では、太陽の30倍以上の質量を持つ巨星の最期は、爆発後外層を放出し自らの重力で収縮し、かに星雲のような中性子星の段階までは同じ過程を歩む、しかしこの時星の中心核が太陽質量の2倍以上あれば、重力があまりにも強力なため更に収縮し止まることなく無限小まで押しつぶされる。この超高密度の状態がとりもなおさず、光すら出ることのできない、あらゆる物質を吸い込む大きさ直径数Km、太陽質量の約２０倍のブラックホールの出現です。このような星の最期は、内部で核融合反応するための水素、ヘリウムを使い果たし、中心核に向い重力崩壊を起こした結果です。

※超巨大なブラックホール
銀河M８７の中心核付近では、星やガスが５００Km/sで回転しているのをハッブル宇宙望遠鏡が確認しています、このことは中心に太陽質量の２０億倍の質量が存在することを意味します。
更に更に・・・・・我が銀河系の中心部にはいて座Ａスターの回りを秒速数百キロで回る星の集団が発見されたそうです、この星の回転をささえるには、太陽１００万個分の質量が必要と言われる、それは超巨大ブラックホールしか考えられません。そして観測から明らかになった事実は、いて座Ａスター大きさは３．６天文単位、質量太陽の２６０万倍のブラックホールであった。
このような超巨大ブラックホール中心核を持つ銀河は４０個ほど確認されていますが、ほとんどの銀河の中心核にはブラックホールが存在すると考えられています。
不思議な天体クエーサー（準星）は遥か遠方の活動銀河核（AGN）で、とてつもない光、電波、X線を放射しています、太陽の百万倍から数億倍の質量を持つ巨大ブラックホールに周囲のガスが激しく落ち込む領域と考えられています。

※中間質量のブラックホール
おおくま座の銀河M８２は、大質量星が誕生しているスターバースト銀河で知られています。ところが200年この銀河に太陽質量の１０００倍のエネルギーを放出する巨大なブラックホールが存在すると、話題を呼んでいる。この銀河の中心部付近で星の合体が起こり超大質量星が誕生し、これが中間質量のブラックホールに進化したと考えられていますが、このクラスのブラックホールについてはまだ良く知られていないようです。

※ミニブラックホール　
直径が１０兆分の１cmのミニブラックホールの存在も予言されています。
宇宙初期の高密度な世界で誕生したブラックホールと考えられていますが、イギリスの天文学者ホーキング氏はこれらミニブラックホールは蒸発すると言っています。
１９７６年？スティーブン･ホーキング氏はブラックホールに量子力学を適用したのです、ミクロな素粒子の世界で、通常は出合っては消える（対消滅）二つの光子は、ブラックホールの周囲では消えるはずの光子がブラックホールの内と外に引き離されると言うのです、プラスのエネルギーを持った光子が放出される時、ブラックホールは少しづつ質量を減らします、質量が小さいほどこの現象が激しく、ついには蒸発してしまうと言うものです。
２００３年３月HETE-２衛星が捉えたγ線バーストの正体は大質量星の最期、超新星爆発（ハイパーノバ）そのものであり、ミニブラックホールが蒸発する時もこのγ線バーストを起こすと推測されています。

※ブラックホールの正体
はくちょう座Ｘ－１のブラックホールの誕生とその運命

満天に輝く星は、肉眼ではひとつに見えるが実は半数近くは連星系とも言われています。はくちょう座X-1星もやはり連星でした、主星が超巨星へと進化し、命尽き超新星爆発を起こしました、幸い暗い伴星は吹き飛ばされる程の影響は受けかった、爆発した主星は太陽の30倍以上の質量を持っていただろう、そのため主星の最期は中心核が重力崩壊を起こしブラックホールになり暗黒の宇宙空間に潜んでいた。

　数百万年も時は流れたろうか伴星も星の寿命の尽きる時が来た、しだいに巨星へと進化していきました、膨張した伴星の大気は、主星であった今はブラックホールの重力圏に捕らえられ、渦を巻きながら（降着円盤）吸い込まれて行く、このとき高温のガスの激しい活動により強いＸ線を出します、このＸ線を検出することでブラックホールとされています、とりもなおさず、はくちょう座X-1の今の姿です。やがて伴星は吸い尽くされる運命にあります、そして伴星の質量分重くなったブラックホールはまた漆黒の闇に潜みます。もちろん近くを通過する天体か宇宙船があるとすれば確実にブラックホールの餌食になるでしょう。

ブラックホール自身は、光さえも出さない全ての物質を吸い込む暗黒の天体であるため、直接観測することは不可能です、しかしブラックホールは連星系をなしています（発見出来るものは）、一方の星からエネルギーとしての物質が供給されるとき、ブラックホールの周りには超高速で回転する降着円盤（物質の円盤）を作ります、この降着円盤から全ての物質は「事象の地平面」を通過し一点（特異点）に向かい吸い込まれる。この時発生するＸ線を測定することでブラックホールの存在と質量を知ります。
この「事象の地平面」こそが光も出ることの出来ないブラックホールの入り口です。
そう言えば太陽系に近い恒星を調べてみると、半数近くの恒星は連星系をなしているし、木星もまた太陽と連星になるべく宿命を持って誕生したような気もします。このような連星系も宇宙の大きな眼に見えない作用（重力）が働いているのかも知れません。

1905年特殊相対論に続いて1915年一般相対性理論が発表されました。
シュバルツシルドは、球対称の真空状態にアインシュタインの時間と空間と重力を統一した一般相対性理論を適用した重力場方程式の解に、質量を持つ物体を何処までも小さくしていくと、ある時点で数学的法則が成り立たなく事を発見しました。これは、球状の静止したブラックホールを意味するものでした。後に、この限界値が「シュバルツシルトの半径」と呼ばれるようになったカール・シュバルツシルドが求めた解である。
さらに数人の数学者により回転とゆがみのある解が発見されブラックホールが実在することが理論的に証明されています。
巨星が重力崩壊し、収縮してこの半径より内側では光さえも外に出られず、その中心には重力・密度が無限大に大きくなる「特異点」が現れる。この「シュバルツシルトの半径」の時を「事象の地平面」と言います。このような天体は「崩壊星」と呼ばれ、1968年初めてジョン・ホイラーがこのような天体をブラックホールと名付けました。

四次元の時空のゆがみ、耳慣れない言葉かも知れませんが、この現象こそがブラックホールに入るために、認めなければならない真実です。
巨大質量の星が重力崩壊を起こし収縮を始めたとします、この過程において強い重力により時間の進み方が遅くなり、光の波長は引き伸ばされ赤色へとかたより、「シュバルツシルトの半径」に達すると、波長は無限大まで引き伸ばされ観測出来ない黒となり、時間も無限大まで引き延ばされ、空間も充分ゆがみ「事象の地平面」が発生し、その内側では空間が光速で「特異点」に向かって落下しているため、光は外に出ることができないのです。こうして時空のゆがんだ状態のブラックホールが出来ます。
原理的にはブラックホールの外側から「事象の地平面」を超えてブラックホールに吸い込まれる物質を見ることが出来ない、なぜなら「事象の地平面」は外から見ると無限大の時間だから、しかしもしこの艦隊が降着円盤からブラックホールに向かったとしたら「事象の地平面」の内側に落下するでしょう、無限小まで押しつぶされながら。

重力の強さは、質量と距離によって変わります。太陽系の惑星も、月も、惑星の衛星もお互いの重力の働き方がつりあい、今のように安定した状態になっています。
地球と月で考えてみよう、もし忽然と地球が消えたとします、月はどうなりますか？そうです地球の重力に引かれ回りを周っていたので、地球が消えると月は、宇宙の彼方にまっすぐ飛び立って行くでしょう。もっともまたどこかの恒星の重力に捕まり、その星の周りを周っているかもしれません。

天体が収縮すると、表面の脱出速度は、大きさの平方根に反比例して上昇します、とりもなおさず重力が強くなることです。もし、直径約１万2700Ｋmの地球を数ｃｍまで収縮することが出来ると、計算上脱出速度は光速まで上昇しブラックホールになります。
実際のブラックホールは、太陽の数十倍の星が究極の最期の姿として、ブラックホールになります。
また、現在観測技術が発達し百数十億光年先のクエーサーと名付けられた天体は、巨大な宇宙誕生初期のブラックホールとも言われています。そうです今観測している百数十億光年先の天体は、百数十億年前の宇宙の姿そのものですから。

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