夏野の驚異の部屋

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【初撮影】人類が初めて目にしたブラックホールとは?【素人解説】

どうも皆さんこんにちは。

篠虫です。

 

 

今回は、昨日の世界的偉業、「ブラックホール」の撮影に成功したニュースの話をしていこうと思います。

 

 

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ブラックホールの構造(想像図) (「中日新聞」2019/04/11朝刊1面より)

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natuno-wunderkammer.hatenablog.jp

 

 

 

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宇宙と聞いて、多くのイメージするのは真っ暗な世界。

そして太陽や銀河など輝く星々。

 

そして、謎に包まれた”全てを吸い込む”と言われるブラックホール

ではないでしょうか?

 

数多くのSF作品に登場し、物語の題材としても好まれる魅力溢れる天体ですよね。

 

どんなものかは詳しく知らない、けれど名前は誰でも知っている!

 

そんなブラックホールとは、そもそもどんな天体なんでしょうか?

 

 

 

 

 

どんな天体?

 

ブラックホールは、名前に「ホール」とついているものの実際には穴ではありません。

 

正体は、非常に高密度かつ強力な重力を持つ天体なのです。

その重力は、あらゆるものを引きつけ、吸い込み、時空も歪め、光さえ逃れることができません

 

歪められた時空内では、一定の半径の内側で、そこから抜け出せる脱出速度がこの世で最も速いもの=光の速度すら超えてしまうため、どんなものでも吸い込まれたら抜け出すことができません。

 

より簡単言えば、ブラックホールはその半径の内側に収まるほど小さくなった高重力の天体であり、だから光も逃げられないわけです。

そして、中心に近づけば近づくほど時間の進みが遅くなるので、中に落ちた物体は、観測者から見るとまるで止っているように見えるそうです。

と同時に、物体は重力の影響でどんどん赤くなり、やがて目で見える光の範囲(可視光領域)を外れて見えなくなってしまいます。

赤方偏移 - Wikipedia

 

 

また、モノは反射した光があってこそ、視覚や映像として認識できるので、光を反射せず吸い込んでしまうブラックホールは直接目で見ることはできません。

 

 

しかし、存在だけはおよそ100年前にアインシュタインが「一般相対性理論」の中で提唱していました。(一般相対性理論については私には難しすぎるので、興味がある人はWikiかページ下部の本を読んでみてください。)

 

ja.wikipedia.org

 

 

 

初めて観測されたのは、1970年代初め地球から約6000光年離れた「はくちょう座Xー1」のX線の観測で発見されました。

 

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はくちょう座X-1(想像図)

 

 

 

 

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どんな星がなるの?

 

現在の理論上、太陽の30倍以上の質量を持つ星が寿命を迎え、自らの大きすぎる重力に絶えきれずに崩壊、超新星爆発を起こした後も収縮を続けます

 

 

ここまで来ると星の収縮を遮るものが無いため、延々と中心へ引き込まれていき、最終的にブラックホールになると言われています。

 

 

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重力は、物質の質力が重ければ重いほど、中心部で強くなっていく。平面上に表すとトランポリンに重い物を乗せたようなイメージ。

 

 

 

 

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人類が初めて目にした姿

 

4月10日、地球から遠く離れた銀河の中心に存在する超巨大ブラックホールの輪郭を撮影することに成功したと、日本を含む国際チームが世界6カ所で同時に記者会見を開いて、発表しました。

 

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M87銀河で撮影された世界初のブラックホール(中心の黒い部分)と、周囲を漂うガスから出た光

www.theguardian.com

 

ja.wikipedia.org

 

このブラックホールは、地球から約5500万光年離れたおとめ座のM87銀河の中心にあります。

 

この光の円の直径はおよそ1000億km(!!)、温度は60億度(!!!)もあるそうです。*1

 

 

 

 

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今回の観測方法

 

これほど離れた場所にある天体、ましてや今回は目で見ることができないブラックホールの撮影なので、苦労は並大抵ではなかったようです。

 

 

プロジェクトの開始は2017年4月でした。

 

観測には、「イベントホライズンテレスコープ」と呼ばれる技術が使われました。

 

 

電波望遠鏡は、我々が良くイメージするお椀型のパラボラアンテナです。

 

電波望遠鏡はアンテナの口径が大きければ大きいほど天体からの電波をかき集められ、より鮮明な画像を出力できます。しかし、1台ではそれも限界があります。

 

 

そこで、世界各地の望遠鏡を繋ぎ、幅広く電波を集めることで、仮想的に地球の直径に近い1万kmのアンテナ口径に匹敵するデータを収集できました。

 

 

これが「超長基線電波干渉計(VLBI)」と呼ばれる方式です。

 

 

使用された望遠鏡は世界の6カ所、8つの望遠鏡施設。

南米チリのアルマ望遠鏡をはじめ、欧州、米国、中米、ハワイ、そして南極の望遠鏡が使用されました。

 

 

中でも日本は、アルマ望遠鏡の運用チームの一角でした。

 

直径12メートルの望遠鏡約40台を繋げ、アルマだけで直径約70メートルの仮想望遠鏡を作り上げ、データを提供しました。*2

 

 

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使用された6カ所の望遠鏡(「中日新聞」2019/04/11朝刊1面より)

 

 

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アルマ望遠鏡

 

 

ですが、仮想アンテナは一つのアンテナとは異なり、実際に使われる世界各地の望遠鏡の間、隙間に届いた電波はキャッチできません

なので欠けた部分は統計学を利用して補填しました。

 

 

国立天文台では、「スパースモデリング」と呼ばれる推定方法を使い、多くの専門家が適切だと認める画像を制作できるデータ処理技術を開発し、採用されたそうです。

 

 

アメリカ、マサチューセッツ工科大学に所属する森山小太郎研究員は

 

方法を変えながら六万通りの画像化を行なうことで、得られたデータの信頼性を入念に確かめた。*3

 

と話しています。

 

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ブラックホール観測の仕組み(「中日新聞」2019/04/11朝刊3面記事より)

 

直接見ることができなくても、そこにあることは確認できる。

 

ブラックホールの場合、周辺で起きている現象を観測できれば、存在の証明になります。

 

周囲のガスが吸い込まれるときに発生するX線やブラックホール道士が合体するときには門のように広がる時空間の揺れ、「重力波」を捉える方法があります。

 

 

今回の観測では、周囲にある高温のガスなどが発する電波を捉えました

 

 

その結果、中心にぼんやりと黒い影のような輪郭が浮かび上がりました。

 

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遠く離れていると先ほど言いましたが、実際どれほど離れているのか。

 

実はこの天体、肉眼で見ることは当然できませんが、わかりやすい例えをするならば、地球から月面上にあるテニスボールほどの大きさしかありません。

 

観測できた仮想望遠鏡の視力を、視力検査で人間が1.5だとすると、

300万(!!!!)にもなります。

 

宇宙レベルで遠くの物を見るのは簡単ではないんですね。

 

 

あらためて科学の、技術力の進歩を実感しました。

 

 

 

これらの観測結果は、「ノーベル賞」級とも言われ、後年集団で受賞するかも知れませんね。

 

またブラックホールの観測ができた結果、その誕生の仕組みや宇宙や星の起源、いずれは生命の起源の解明にまで繋がってくる成果だといいます。

 

 

 

銀河の中心にはブラックホールがあり、宇宙全体には10の20乗ものブラックホールが存在するともいわれています。*4

 

 

 

 

今後の宇宙科学の発展が楽しみです!

 

 

 

参考サイト

ja.wikipedia.org

www.nao.ac.jp

 

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さて、いかがだったでしょうか?

 

なにぶん突貫工事のごとく記事を書いた物で、拙い部分もあるかもしれませんが・・・。

以前の隕石と同じですね(~_~;)

 

ニュートリノやヒッグス粒子と同じく、今回のニュースには驚きました。

理系畑ではない私でもこの驚きなので、バリバリの理系人にとっては相当な衝撃だったかもしれません。

 

ニュースの重大さが少しでもこの記事で伝われば書いた甲斐があります!

 

 

 

それではまた!

(。・_・)ノ

 

 

 

 

  

*1:2019年4月11日放送 フジテレビ系情報番組『とくダネ!』内より

*2:「中日新聞」2019/04/11朝刊3面記事より

*3:「中日新聞」2019/04/11朝刊3面記事より

*4:2019/04/11放送フジテレビ系情報番組「とくダネ!」内にて