天文学は最初の科学です。 あるいは非常に多くの科学者が信じています。 それは地球上で最も古い科学の一つにすぎないと考える人もいます。
200万年前、直立歩行のコツを掴んだばかりの初期の人類が夜空を見上げると、月の威厳に対抗しようとしているかのようなぼんやりとした光が見えました。 彼らは、その輝きが私たちの銀河の中心にある超大質量ブラックホールから発せられたものであることを決して知ることはなかったでしょう。
何世紀も過ぎていきました。 人々は後期旧石器時代に月の満ち欠けを追跡し始めました。 紀元前 10,000 年以上前、人類は天文学を使って季節を予測しました。 これにより、農業活動を計画し、時間を測定することができました。
私たちは日時計の使用から地動説、そして屈折望遠鏡の発明へと進みました。 ガリレオは望遠鏡を使って木星の回転する衛星を発見しました。 彼は、地球の周りを回転しているようには見えない物体を見ました。 彼が地動説の宇宙モデルを擁護したとき、教会は彼を非難し、彼の発見を反故にするよう強制した。 教会は彼に自宅軟禁を宣告し、1642年に亡くなるまでそこに留まりました。
ブラックホールについてはそれ以上何も言われたり注目されたりしませんでした。 アイザック・ニュートン卿は、西暦 1668 年に反射望遠鏡を発明し、地球が太陽の周りを回転していることに同意する本を書きました。 113 年後、メシエはついに、今日私たちが知っている星団と銀河のいくつかを発見しました。
そしてさらに 17 年後、ラプラスはブラック ホールのようなものが広大な宇宙に存在することを示唆しました。 この理論は、英国の科学者ジョン・ミシェルが 1783 年に、その大きさを考慮すると、非常に巨大な物体から光が逃げることはできないと書いたときに、軽く示唆されました。
アインシュタインはブラックホールの概念の基礎を築いた
アルバート アインシュタインは、1905 年に今では有名な相対性理論の研究を開始しました。彼は、重力が時空構造に与える影響について説明しました。 アインシュタインには、自分の理論に明確な参照枠がありませんでした。 その代わりに、物体の速度、それが時間とどのように相互作用するか、またはその運動量を測定するたびに、それは常に何か他のものと関連していると彼は説明しました。 さらに、光の速度は一定であり、光より速いものはありません。
したがって、一般相対性理論は、重力自体は力ではないことを意味します。 それは、信じられないほど巨大な物体によって引き起こされる時空の湾曲です。 トランポリンの中央にボウリングのボールがあるところを想像してみてください。 トランポリンの中央にボールが引き起こす凹みは、巨大な星が周囲の時空に与える影響と似ています。 それはそれを湾曲させます。
一般相対性理論によれば、重力が強くなればなるほど、時空はより曲がります。 巨大な星が死ぬと、それ自体が崩壊する可能性があります。 この出来事により、時空の湾曲が極端になる空間が生み出される。 この先端により、脱出速度 (重力から逃れるのに必要な速度) が光速を超えます。
極端な曲率の領域は、今日私たちがブラックホールとして知っているものです。 光は直進し、ブラックホールの重力から逃れることはできません。 脱出速度が光速に達するブラックホールの周囲の境界は、事象の地平線として知られています。
アインシュタインの理論はブラックホールの可能性を予言しました。 しかし、彼は彼らの存在を疑っていました。
ブラックホールについて現在わかっていること
今日、私たちはブラック ホールが存在するだけでなく、私たちの銀河系だけでもこれらの謎の構造が 1 億個以上含まれている可能性があることを知っています。 見事な天の川の中心には射手座 A* があります。 科学者たちは、初期の人類が数百万年前に空で気づいたこのぼんやりとした月サイズの光は、まさに同じブラックホールから来たものであると信じています。 そして 2022 年に、イベント ホライゾン テレスコープの天文学者は射手座 A* の最初の画像を公開しました。 しかし、これはブラックホールの最初の画像ではありませんでした。 その栄誉は、2019年4月に公開されたM87*の撮影画像にも反映されています。
今日、私たちはブラックホールが穴ではないことを知っています。 それらは、信じられないほど小さな空間に詰め込まれた膨大な物質の集合体で構成されています。 ブラックホールの密度は信じられないほど高いことがわかっています。 その表面 (事象の地平線) の下に存在する重力は、光を含むあらゆるものを逃がすことを許可しません。
最も近い既知のブラック ホールは地球から 1,500 光年離れたところにあり、ガイア BH1 と呼ばれます。 これまでに検出された最も遠いものは130億光年離れたところにあり、QSO J0313-1806として知られています。 最大のブラックホールであるTON 618は、太陽の660億倍の質量があります。 最も小さいものは太陽の質量の 3.8 倍で、恒星の横にあります。 対照的に、射手座 A* は太陽の最大 400 万倍の質量があり、非公式にはモンスター ブラック ホールとして知られています。 銀河の中心に位置するモンスター ブラック ホール (Sgr A* など) は、ほぼ光の速度で粒子を発射する可能性があります。
また、ブラックホールはどんな望遠鏡でも見えないこともわかっています。 それらは周囲に影響を与えるため、科学者はそれを検出することができます。 多くの場合、ブラックホールの周囲には、ガスまたは塵からなる知覚できるリングがあります。 これらのリングは降着円盤として知られています。 超大質量ブラックホールはさらに強い重力を持っています。 星を自分たちの周りの軌道に引き寄せることができるほどです。 これは天文学者が天の川銀河に Sgr A* の本拠地があることを証明した方法です。
ブラックホールは、他の物体から発せられる光を断片化または曲げることもできるため、それらを見つけるのが少し容易になります。 加速して宇宙空間を飛び回る巨大な物体は、重力波として知られる波紋を引き起こします。 場合によっては、科学者は検出器での波紋の影響を観察することで、これらの物体を「見る」ことができます。
信じられないほどの新しい研究は、ブラックホールが地球の構造に絡み合っている可能性を示唆しています Space-時間
ジェームズ・ウェッブによる写真 Space 望遠鏡。 ウィキペディアで。 による NASA、ESA、CSA、および STSc、 パブリックドメイン、 ウィキペディア科学者たちは研究を続け、2024年にブラックホールを発見する。研究者らは1月、これまでで最古のブラックホールを発見したと発表した。 研究チームは、ジェームズ・ウェッブ探査機を使用して検出されたブラックホールを信じています Space 望遠鏡の歴史は130億年前に遡ります。 彼らはまた、ホスト銀河をゆっくりと「食べて」おり、銀河は最終的には滅びるとも信じている。 ブラック ホールは GN-z11 銀河に位置し、質量は太陽の 600 万倍です。 銀河が消滅すれば、ブラックホール自体の燃料源も絶たれるため、ブラックホールも消滅します。
しかし、最も驚くべき研究研究の 1 つは、ブラック ホールに関してまったく新しい角度をとりました。 2023 年、物理学者は奇妙な発見をしました。 彼らは、ある点までブラックホールを模倣する時空の「ねじれ」を発見しました。 理論的には、これは時空の構造にねじれがあることを意味します。 そしてそれらは宇宙全体に存在する可能性があります。 物理学者たちは、トポロジカルソリトンとして知られるこれらのねじれを発見できれば、量子物理学の現在の理解がさらに深まると信じています。
現状では、星が自身の重さで崩壊するときにブラックホールが形成されます。 これが起こっても重力は止まらず、星の残りの部分が圧縮されて特異点になるまで、すべてを引き込み続けます。 事象の地平線はこの特異点の境界線であり、ブラック ホールの端を示しています。 この境界線に入ったものは決して出てこない。
しかし、特異点や無限密度の点は現実には存在しません。 アインシュタインの理論はブラックホールの存在を正確に予測しましたが、物理学者は特異点の場所に何が存在するべきかをまだ見つけていません。 特異点の場所に何が入るかを理解することは、量子重力として知られる、最小スケールでの信じられないほど強力な重力を理解することを意味します。 重力に関する実行可能な量子理論は存在しません。 しかし、弦理論は、私たちの宇宙は粒子ではなく、振動する弦で構成されていると示唆しています。 また、宇宙には、非常に小さく、内部でカールしているため、そこにあるとは分からない余分な次元が存在することも示唆しています。
時空理論のもつれは、ブラック ホールが重力の怪物ではなく、まるで布地のしわや折り目のような、時空の歪んだ領域 (トポロジカル ソリトン) であることを示唆しています。 新しい研究によると、これらの欠陥は非常にコンパクトな寸法によって引き起こされます。 弦理論を含む他の理論は、ソリトンが光を曲げてブラックホールのように物質を閉じ込めることができることを示唆していますが、それは遠くから見ているだけです。
ソリトンを直接観察する方法はまだないため、科学者たちは光と物質がソリトンとどのように相互作用するかを研究しています。 これは、ソリトンと本物のブラック ホールを区別するのに役立ちます。
この活発な研究分野は、重力とブラックホールに関する私たちの理解を根本的に変える可能性があります。 これにより、重力と量子力学を組み合わせることを目的とした量子重力について、より多くの洞察が得られる可能性がある。 また、弦理論を直接研究することも可能になります。
ただし、科学者が十分に近づく方法を見つけた場合に限ります。
