ブラックホールの存在

Question

星が超新星爆発したあとにできるとされているブラックホールは本当に存在するんですか？もしそういう専門の方がいたら、簡単でいいので、その説明もしてもらえると嬉しいです。

luune21 · Accepted Answer

「ブラックホール＝光も脱出できないほどの超重い星」という観点でよろしいでしょうか。

太陽のような恒星自体すでに重い星ですが、長い間つぶれることもなく活動しています。なぜ、つぶれないかというと、恒星中心部で水素が核融合を行っているため、そこで生じるエネルギーが外側から縮まろうとする圧力に対して、内側からの核融合による外向きの圧力で対抗しているためです。

ところが、その水素が核融合しきって全部ヘリウムなってしまうと、外へ向かうエネルギーがなくなってしまい、縮まろうとします。すると、縮まる圧力が大きくなり、そのエネルギーのため、今度はヘリウムが核融合をおこし始めます。すると、水素のときよりも内側へ向かう圧力は大きくなり、それとバランスをとるため膨らんでより大きな星になります。これが赤色巨星の始まりです。

赤色巨星は、なおも活動を続けるので、ヘリウムも使い果たします。すると今度は炭素の核融合を始めます。もちろんやがてその炭素も使い果たしすときがきます。そうやって、酸素、ネオン、ケイ素、などを次ぎ次とできあがってきた重い元素を使っていき、ついに鉄ができあがるのです。
しかし、鉄くらいに重くなると、もう核融合はおこしません。そうなると外に向かうためのエネルギーがなくなるわけですから、どんどん縮まっていきます。つまり自分の圧力に負けてつぶれていくわけです。

もうこうなると、物質は、どしどし中心に落ちていきます。止めるものがありませんからね。
一方その頃、星の中心核では、あまりの圧力のため原子のまわりにあった電子が原子核の中にとりこまれて中性子になっています。中性子はものすごく固いため、ぎゅっと縮まって中心に集まってきた物質をドカーンと跳ねかえしてしまいます。これが超新星爆発です。
あとには中性子星だけが残ります。中性子星は砂粒くらいの大きさで100万トンというとんでもない重さです。
ここまでの説明は、太陽の８倍以上重い星の場合のものです。（それより軽い星は、超新星爆発をおこさず白色わい星となって消えゆく（太陽の4倍重い星まで）か、中性子星を残さず爆発だけで消えてしまう（太陽の重さの4倍～8倍まで）ものです）。

さて、これより重かったらどうなるでしょう？ はい、これがブラックホールとなるものです。
太陽の30倍以上重い星の場合、中性子星は重くなりすぎて、自分の重さに押され、さらに小さくつぶれていきます。

ここでちょっと話は変わりますが、脱出速度というのはご存知でしょうか。地球からロケットを脱出させるためには秒速11km以上必要です。太陽から脱出するには秒速600kmです。このように脱出しようとする星が重ければ重いほど速さが必要になります。中性子星からだとなんと秒速16万kmです。とてつもない速さが必要ですね。

さて、話を戻します。中性子がどんどんつぶれてどんどん重くなっていくと、どこかで脱出速度が光の速さに等しくなりますよね。秒速30万kmのところです。もうこうなるとこの世で一番速い光でさえ脱出できません。それほど重くなってしまったわけです。これがブラックホールと呼ばれる天体です。

ということは、太陽より30倍以上重い星が存在すれば、ブラックホールが存在する可能性は確実なわけです。そのような星はすでにたくさん観測されています。つまり、ブラックホールは存在する、といえるわけです。

　…
余談ですが、中性子星がどんどんつぶれて小さくなっていくと書きましたが、どこまで小さくなるか、という疑問が湧いてきますよね？ でも、その質問は現在の物理学ではできないことになっています。^^; 今のところ、どんどん小さくなるという関数の最後を数学上で示すことができないからです。特異点といいます。

gungnir7 · Answer

ブラックホールについての詳細な記述はwikipediaが参考になります。
それ以上の数式を求めるとなると専門書を購入した方がよいでしょう。
率直にいって天体観測は歴史が浅く、そこから導かれる結論は生ものなのです。

ブラックホールの存在は数式から導き出された予言だったのです。
アインシュタインの相対性理論は有名ですが、それを基にシュバルツシュルトが
計算式として導いた机上のものでした。
彼は第一次世界大戦中に陣中でこれを導きました。今から約100年前のことです。

そして観測態勢が進歩してブラックホールをはじめ、予言にあったモデルと
状況が一致するものがあちこちで発見されます。
しかし、これらは地球から遙かに離れた場所にあり現実の観測など不可能です。
現在の物理学理論を駆使して理論づけをしているに過ぎません。

実際に机上の理論と観測では違ったという例はたくさんあります。
ブラックホールもこの例に漏れず、存在しないのではという懐疑的な人もいます。
物理学者でブラックホールの実在を否定する人はほとんどいませんが、
細部の理論では見解がかなり分かれる否定派もいます。

遠くの光すら観測できないものの実体など、観測態勢が整ってからわずか５０年余では
完全な謎解きをするなど無理があると思いませんか？

現在では暗黒物質が宇宙生成の鍵を握るとして注目が集まっています。
これなんかも１０年前は見向きもされていませんでした。
暗黒物質がある程度見通しが立てば、特異点に対して新たな発見があるかもしれません。

Tacosan · Answer

まず星の進化の最終段階を考えると, 超新星爆発したあとは 3通りにわかれると考えられています.
1. 何も残らない
2. 中性子星が残る
3. ブラックホールが残る
中性子星には (中性子の「縮退圧」と呼ばれる圧力で対抗できる重力に限界があるため) 質量の上限があります. それを越えると, (今の物理学においては) 重力に対抗できる力が存在しないため特異点へと無限に収縮していきます. その結果できるのがブラックホールです.
で, ブラックホールが他の恒星と連星になっていると, 相手からガスを奪い取って「降着円盤」を作ることがあります. ここでは大量の重力エネルギーが解放され, その結果 X 線 (やγ線) で明るく輝きます. 同じことは中性子星連星でも起きますが, 降着円盤の回転速度 (ドップラー効果でわかる) や大きさから「中心星は中性子星としての上限質量を越えている」と判断されると, はれて「ブラックホール」の仲間入りをする... はずです. 最初は Cyg X-I かな.
これとは別に, 大きい銀河の中心にはだいたい「大質量ブラックホール」が存在すると考えられています. 例えば天の川銀河の中心は Sgr A* と考えられていますが, この周囲の星団の運動から質量は 400万太陽質量程度と推定されています.
ちなみに「自由落下中なら重力は働いている (重力を感じないといっているだけ)」し「プラズマが吹き出すところはまだ脱出速度が光速に達していないから出てくることは可能」です＞#3.

haru2556 · Answer

wikipediaに詳しく載ってます。
観測されてるみたいです。
面白いのは、「地球上で極小のブラックホール」というところです
地球上で？？

参考URL：http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%83%E3%82%AF%E3%83%9B%E3%83%BC%E3%83%AB

edw-19 · Answer

想像図になってしまいますが、
http://www.kagayastudio.com/space/stars/l_07_holes.html

ブラックホールに引き寄せられた天体も、超重力によって
高速な運動エネルギーを与えられます。

ブラックホール自体が高速で回転していますので、直線では落下せず、
回転しながら落ちると思います。

回転すれば、架空の力、遠心力により天体には重力が及ばないのではないか？
自由落下中は、無重力なのではいか？

思いの他、問題や可能性、仮説も多いのです。

完全に死の世界であるとも言えないと思います。
（図は、恒星がロッシュ限界で破壊された雲だそうです。）

上下にプラズマジェットの噴出が見られます。
（実際に、＃１様の方法で、画像処理して観測しているようです。）

何故、超重力に逆らってプラズマは噴出するのか？
まだ良い説明はありません。

物理学では、
超重力の世界では、原子は原子崩壊を起こし、質量だけになります。
この先の超重力をはるかに凌駕した世界は仮説の世界になります。

つまり、超重力。これ以降、
まだ、原子は小さくなる可能性があるのです。

sirisurin · Answer

ブラックホールは光も吸い込むため、人間の視覚や光学望遠鏡では見れません。
見えないものを見るときには、その周囲の動きで見えないものの存在を推測証明します。
ブラックホールも同じで、そこに落ちるガスや塵などの物質が互いにぶつかって強烈な熱を発します。
それがＸ線を放つので、光学で見えないものの高温を検知する観測システムで観測することが可能となります。

ブラックホールの存在

「ブラックホール＝光も脱出できないほどの超重い星」という観点でよろしいでしょうか。

ブラックホールについての詳細な記述はwikipediaが参考になります。

まず星の進化の最終段階を考えると, 超新星爆発したあとは 3通りにわかれると考えられています.

wikipediaに詳しく載ってます。

想像図になってしまいますが、

ブラックホールは光も吸い込むため、人間の視覚や光学望遠鏡では見れません。

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