モーガン・フリーマンのブラックホールの観測トライとは?方法とCMの“リンゴが落ちる”謎が分かるか?

こんにちは!今日もご訪問いただきありがとうございます。

「リンゴが地から落ちる」 KDDIのCMが評判ですよね!
学校へ行ったらその理由が分かるかもしれない?

ニュートンの万有引力をテーマにしてましよね!このCMです↓

しかし、ニュートンによる「万有引力の法則」の発見以来、
身近な存在とされている「重力」は、謎だらけなのです。

自然界の基本的な4つの力「電磁気力」「強い力」「弱い力」「重力」のうち、
力を媒介する素粒子が発見されていないのは、重力だけ?。

「重力子」は存在するのか?するならどんなものなのか?また、
重力の謎を解く鍵はブラックホールにあると考え、世界各地の望遠鏡を連携させ、
ブラックホールを観測しようという壮大な試みがあるそうなのです。

それを紹介すると言うので、このテレビは見ないといけないと誰しもが思う事です。

そこで、今回は、その基礎となる  「ブラックホール」 について優しく解説します。

加えて、初めてなので  “モーガン・フリーマン” についても紹介します。

 

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モーガン・フリーマンのwiki風プロフ

モーガンー1

◆ 名前:モーガン・フリーマン(Morgan Porterfield Freeman, Jr.)

◆ 生年月日:1937年6月1日(79歳)

◆ 出身地:アメリカ合衆国・テネシー州

◆ 民族:アフリカ系アメリカ人

◆ 身長:189㎝

◆ ジャンル:映画俳優・監督、ナレーター

◆ 活動期間:1960年~

◆ 家族:夫人・ジャネット・アデア・ブラッドショー、

2004年『ミリオンダラー・ベイビー』でアカデミー助演男優賞を受賞しました。

その他『ショーシャンクの空に』『セブン』などのヒット作に出演歴があり、
その安定感と味のある演技によってアメリカのみならず世界各国で
賞賛を浴びる実力派国際俳優であり、最も名誉ある俳優の一人である。

お父さんは、床屋さんで、お母さんは、清掃婦だったそうです。

3人の兄がおられます。

押さなおころから演劇をしていたようで、9歳で主役、12歳で州の
演劇コンクールで優勝しているのです。

モーガンの実質的な役者デビューは、1965年公開のシドニー・ルメット監督の
『The Pawnbroker』という映画にも出演しているのが始まりと言われております。。

結婚・離婚歴がありますが、最初の結婚の前に生まれた二人の息子
アルフォンソとサイフォレイ、前妻との間に娘モーガナがおり、
前妻の連れ子エディーナを養女としております。

2006年5月13日、ミシシッピ州のデルタ州立大学より名誉博士号を贈られたのです。

 

ブラックホールとは?観測トライとは?

ブラックホール-1

ブラックホール(black hole)とは、極めて高密度かつ大質量で、
強い重力のために物質だけでなく光さえ脱出することができない天体である。

名称は、アメリカの物理学者ジョン・ホイーラーが1967年に命名した。

それ以前は、崩壊した星を意味する“collapsar”(コラプサー)などと呼ばれていた。

観測方法は?

観測

ブラックホールはその特性上、直接的な観測を行うことは困難である。

しかし他の天体との相互作用を介して間接的な観測が行われている。

X線源の精密な観測と質量推定によって、いくつかの天体は
ブラックホールであると考えられている

ブラックホールの存在はあくまで理論的な存在に過ぎなかったが、
1970年代に入りX線天文学が発展したことで転機を迎えたそうです。

2011年8月25日には、JAXAが国際宇宙ステーションの全天X線監視装置(MAXI)
を使って地球から39億光年離れた銀河の中心にある巨大ブラックホールに
星が吸い込まれる瞬間を世界で初めて観測したと発表したのです。

ブラックホールとは?ブラックホールの全てとその謎に迫る

事象の地平線

地平線

周囲は非常に強い重力によって時空が著しくゆがめられ、
ある半径より内側では脱出速度が光速を超えてしまう。

この半径をシュヴァルツシルト半径、この半径を持つ球面を事象の地平面(シュヴァルツシルト面)と呼ぶ。

この中からは光であっても外に出てくることはできないのです。

ブラックホールから離れた位置の観測者から見ると、
物体が事象の地平面に近づくにつれて、相対論的効果によって物体の時間の進み方が
遅れるように見えるため、観測者からはブラックホールに落ちていく物体は
最終的に事象の地平面の位置で永久に停止するように見えるのです。

特異点

特異点

ブラックホールには密度、重力が無限大である重力の特異点があるとされる。

降着円盤

降着円盤

連星系を形成するブラックホールは降着円盤を形成する場合がある。
円盤は膨大な熱とX線を放射する。多くのものは宇宙ジェットを伴うが、
ジェットの生成メカニズムははっきりとは分かっていない。

ブラックホールの観測において非常に重要である。

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想定されるブラックホールの誕生は?

誕生

通常星が最期を迎える際、その質量が太陽の数倍までであれば膨張した後に
収縮し白色矮星となりゆっくり冷えてその一生を終えます。

星が若い間は、水素の原子核が互いに結合してヘリウムが生まれる。
この時のエネルギーによって星は自らの大きさを支えているのです。

しかし、質量が太陽の8倍以上あれば膨張した際、
中心部では核融合によって質量の高い元素が次々に作られます。
やがて中心部は熱を失い収縮していきますが、このとき星の収縮と同時に重力の収縮が起こります。

この重力収縮によって物質が激しく吹き飛ばされるのが「超新星爆発」です。

さらに太陽の30倍以上の質量を持つ星では重力のあまりの強さに、
超新星爆発後も核が収縮を続けます。この現象は「重力崩壊」と言われ、

重力崩壊の段階では星の収縮を阻害するものが存在しないため、
永久に収縮し続けます。この状態になった天体を「ブラックホール」と呼ぶのです。

しかし、ブラックホールには複数の種類があることが確認されており、
それぞれによって誕生する条件が異なり、その詳細は未だに解明されていません。

 

ブラックホールは三種類存在する?

ブラックホールは三種類存在するといわれています。

ひとつめは上で説明した恒星ブラックホールです。

ブラックとは?

この恒星ブラックホールは私たちの銀河だけで数億存在するといわれています。三種の中では最も小さく、巨大な恒星が崩壊するときに誕生します。

太陽の3倍の質量を持ちますが1都市程度の大きさしかありません。

ふたつめは超大質量ブラックホールです。

超大質量

このブラックホールは名前からもわかるとおり最も大きなブラックホールになります。

太陽の105倍から1010倍程度の質量を持つブラックホールのことである。

全てではないが、銀河系(天の川銀河)を含むほとんどの銀河の中心には、
超大質量ブラックホールが存在すると考えられている。

みっつめは中間質量ブラックホールです。

中間

 

その質量が恒星質量ブラックホール(質量が太陽質量の10〜数十倍)よりも
著しく大きく、かつ超大質量ブラックホール(質量が太陽質量の100万倍以上)よりも遥かに小さいブラックホールのこと。

2014年に発見された比較的新しいブラックホールです。

 

ブラックホール周囲の時間

時間

ブラックホールの周囲では時間はゆっくり流れるといわれています。

重力が強ければ強くなるほど時間の流れる速度は遅くなります。

また、事象の地平面を超えると時間は止まって見えるといわれています。

 

ブラックホールの消滅

消滅

事象の地平面を超えてしまえばそこから抜け出すことは不可能であるため、
ブラックホールはエネルギーを吸収するのみと考えられてきました。

しかし、1970年代にスティーブン・ホーキング博士がブラックホールが
事象の地平面周囲にエネルギーを放出していることを証明しました。

これらは「ホーキング放射」と呼ばれ、真空の量子的ゆらぎによって起こるのだといいます。

現在、このエネルギーを利用する研究が行われています。

ホーキング放射が判明したことにより、ブラックホールもいずれは消滅することがわかってきました。

ホーキング放射は、通常であれば打ち消し合うはずの粒子と反粒子が
事象の地平面では打ち消し合わず、片方が流出することで発生しています。

粒子を放出させ続けることでブラックホールはエネルギーを失い、
長い時間をかけてやがては蒸発してしまいます。

ホワイトホールとは?

ホワイトホール

ホワイトホールはアインシュタインの一般相対性理論から導き出された理論上存在する天体です。
ブラックホールが事象の地平面から光や物質を吸い込むのに対し、ホワイトホールは事象の地平面からそれらを吐き出します。
ブラックホールとホワイトホールは同じ天体と考えられており、それぞれが繋がっているといわれています。
ホワイト・ホールの表面は一方通行の面であり、粒子や光は内部から外部に向かってだけその面を横切ることができる。その外部から発せられたいかなる信号もホワイト・ホールの内部には届かない。つまり、ホワイト・ホールの存在が観測された場合でも、その後の進化に対して外部からは何の影響も与えることができない。また、数学的に存在の可能性があるというだけで観測されたことはありません。

まとめ

いかがでしたか?

大変難しく、事象の地平面や特異点など地上で生きている私たちにはイメージしにくい世界ですね。

頭が混乱しますので、深く考えないで、

“こんな世界もあるのか?”

程度に想像して読んでください。

画像を多くしましたので、楽しんでください。

宇宙は、

“今なお、光より早く膨張している!”

なんて言われても分かりませんよね(笑)

そんな世界に、誕生してしまった超超微小な生き物(人間)です。

おそらく、この人間の能力では、永遠に感銘は不可能でしょう!
しかし、だからこそ想像を掻き立てられます。

生きているうちに、楽しみとすることで十分と考えましょう(笑)

最後までお読みいただきありがとうございます。

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(註:ワームホール:black holeとwhite holeとの連絡路.)

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