ブラックホール…真相は解明不能の星と銀河を飲み込む天体

ブラックホール宇宙

ダイヤモンドの粒を一面にまいたかのような満天の星空というものは美しいとされますが、大気の向こう側に見えている星々を取り巻いているのは暗黒の宇宙空間であり、地上と宇宙は大気をはさんでしっかりと繋がっていて、地球は回転をしながら広漠とした宇宙空間を船のように常に移動し続けている…船乗りである私たちのすぐ横は真っ黒な海がどこまでもどこまでも広がっている…と考えると空恐ろしくなります。

私たちの常識とは何かとケタ違いのスケールであることから何かと「宇宙ヤバイ」とささやかれる宇宙ですが、宇宙の中でも特にヤバイことで有名な「ブラックホール」。知名度が非常に高いブラックホール現象について調べてまとめました。

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ブラックホールとは?

ブラックホール宇宙

宇宙に存在する天体の一つ。一度吸い込まれたら光速を持ってしても抜け出す事は出来ない、通称『宇宙の落とし穴』。

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。

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ブラックホールの生まれ方

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質量が太陽程度から太陽の数倍までの星の場合には、主系列星の後に赤色巨星の段階を経て、白色矮星となり次第に冷却して一生を終える。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。

質量が太陽の約8倍よりも重い星の場合は、巨星に進化した後も中心部で核融合によって次々に重い元素ができ(水素を使い果たしヘリウムたっぷりになると、ヘリウムを使ってさらなる核融合を起こす。その後はヘリウムが炭素に、炭素が窒素に、と言うように窒素→酸素→ネオン→マグネシウム→鉄 とどんどんと核融合によって重い元素が作られていく)、最終的に鉄からなる中心核が作られる(核融合が進みきって核が鉄ばかりになると、核融合は止まってしまう。鉄は極めて安定した元素であるため、これ以上核融合が起こらない)。鉄の原子核は結合エネルギーが最も大きいため、これ以上の核融合反応は起こらず、星の中心部は熱源を失って重力収縮する。収縮が進むと鉄の原子核同士が重なり始め、陽子と電子が結合して中性子へ変化し、やがて星の中心部がほとんど中性子だけからなる核となる。この段階では核全体が中性子の縮退圧によって支えられるようになるため、重力収縮によって核に降り積もる物質は激しく跳ね返されて衝撃波が発生し一気に吹き飛ばされる。これが超新星爆発で、爆発の後には中性子からなる核が中性子星(※質量の大きな恒星が進化した最晩年の天体の一種。中性子星は質量が太陽程度、半径10km程度、大気の厚さは1m程度で、中性子が主な成分の天体)として残されるが、中性子星が光やX線を激しく放出するパルサーとなることもある。

質量が太陽の約30倍以上ある星の場合には、自己重力が中性子の核の縮退圧を凌駕(重力の強さで中性子が潰れ始める)するため、超新星爆発の後も核が収縮(重力崩壊)を続ける。 この段階になると星の収縮を押し留めるものは何も無いため永久に縮み続ける。こうしてシュバルツシルト面より小さく収縮した天体がブラックホールである。


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ブラックホールに人間が吸い込まれるとどうなるのか?

ブラックホール宇宙

一般相 対性理論の予測によると、ブラックホールは底に近づくにつれ、重力が急激に強くなります。足から先に落ちた場合には、足にかかる重力が頭にかかる重力よりはるかに大きくなります。そのため、体は上下に引き伸ばされ、最後には引き裂かれると考えられています。物理学者はこの現象を「スパゲティ化」と表現します。



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ブラックホールに関するあれこれのヤバイ現象

ブラックホール宇宙

  • ブラックホールに吸い込まれると
    周りの人からは無限の時間かけてゆっくり落ちていくように見えるが
    本人にとっては一瞬で落ちる
    ある意味ではブラックホールに落ちると一瞬で宇宙の終わりまでを経験できるとも言える
  • 光が返ってくるから観測でき描写できる
    今のところ光が返ってこず黒として表示されるから
    そこにあるであろう天体のことをブラックホールと呼んでる
  • 別天体を吸い込む時に、ブラックホールのまわりに光速の数分の一もの速さでまわるガスの円盤ができる
    その超高速の円盤内でガス同士が激突して爆発的なエネルギージェット出してX線やらなにやら大量放出する
    だからブラックホールそのものは観測できずとも、ブラックホールの食事風景はバリバリ観測できる
  • 光はブラックホールから出られないのにX線はブラックホールから放出される理由は、ブラックホールに星が吸い込まれる際に潮汐の影響で星が粉々に分解され円盤状に形成される過程で高熱が発生しx線も放射されるから。
    重力と電磁気力では、比較にならないほど電磁気力のほうが強い。
    ジェットやX線は、重力をはるかに超える電磁気力で引き起こされている電気的な運動と考えられます。
    磁気力が重力を超えて物体を引き上げるように、ジェットやX線は電気が流れる方向に飛ばされているので、重力の束縛を簡単に超えることができるのだと考えられる。
  • ブラックホールの一立方センチメートルあたりは2億トンどころじゃないよ
    「最低ライン」が200億トンくらいで、でかいのは無限に重くなっていく
    ちなみに中性子星は10億トン程度でブラックホールに比べたら羽毛レベル
  • たいていの銀河の中心には、太陽の百万倍以上重たい超巨大ブラックホールがあります。この超巨大ブラックホールは銀河と同じ数だけ存在すると考えると、観測できる範囲内に1000億個以上はあるでしょう。
  • 小さくてすごい質量のものができてあまりにすごいため自分自身すら中心に落ちていく
    空間ごと落ちていくので周りのものも吸い込まれるようになる
    最終的に中心にあるものがどこまでの質量になるかは知らん
    どこかで限界を迎えて放出されるのか
    次元を超えて俺たちが観測できない別の空間に運ばれているのかすらわからん
  • ブラックホールは穴・球体じゃなくて点に近い
  • ブラックホールとブラックホールが吸い込みあったらお互いが相手のまわりを公転するような2体系になる
  • 宇宙にも寿命があって最後の最後あたりはブラックホールだらけになって それがくっつきだすと、宇宙そのものが物理的に存在できなくなって 特異点の向こう側に消滅するらしい
  • しかしこんなのが同じ宇宙に存在して同じ時間を過ごしている事が神秘的過ぎて怖い
  • Q:あなたにとってブラックホールとは?
    A:アインシュタイン方程式の解

なぜ銀河の中心には決まって巨大ブラックホールがあるのか?

ブラックホール宇宙

以下のような大質量ブラックホールの形成シナリオを考えられている。

  1. 銀河同士の近接遭遇や衝突などによって銀河内部で爆発的な星形成(スターバースト)が起こり、若くて密度の高い星団が大量に出来る。
  2. 星団中の重い星同士が合体してさらに大きな星となり、ますます合体しやすくなるという「合体不安定」という過程が進行する。
  3. これらの重い星が超新星爆発を起こし、太陽の数十倍から100倍程度の質量を持つブラックホールが生まれる。
  4. このブラックホールが合体することで103太陽質量程度の中間質量ブラックホールが生成される。
  5. このような星団が銀河の中心に向かって沈む過程で星団自体が潮汐破壊され、残された中間質量ブラックホール同士が合体することで大質量ブラックホールが生成される。

さらに巨大な超大質量ブラックホールは、銀河同士の衝突により核である大質量ブラックホール同士が合体して生じるのではないかと考えられている。2008年にはOJ 287というクエーサー(※非常に離れた距離に存在し極めて明るく輝いているために、光学望遠鏡では内部構造が見えず、恒星のような点光源に見える天体のこと)が太陽質量の180億倍と1億倍という、極めて質量の大きなブラックホール同士の連星系であることが判明した。




隣の銀河をビーム攻撃する巨大ブラックホール「デススター」

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米航空宇宙局(NASA)は、超巨大な「デススター(あだ名)」ブラックホールが近くの星雲を襲っていると発表した。

NASAのX線観測衛星であるチャンドラから送信されたデータを解析した結果、3C321と呼ばれる星雲でこの現象が観測された。3C321は大小2つの星雲が連星のように回転している双子星雲で、その中心部には超巨大な複数のブラックホールが存在する。

大きい方の星雲では、ブラックホールの近くからガスが噴出しており、小さい方の星雲はそのガスにさらされている。

光に近い速度で放出されているこのガスにはX線、ガンマ線が含まれており、その通り道に大気を持つ惑星があった場合には、そのオゾン層を破壊して惑星を死滅させることにもなり得る、とNASAは報告している。

この観測は、スピッツァー望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡も連携して実施された。

デススターはスターウォーズに登場する架空の衛星型兵器で、惑星1つを粉々に破壊する威力を持つ。



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