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今話題のブラックホール

こんにちは。学習塾ESTEM、スタッフの渡辺です。
4月10日、人類が初めてブラックホールの撮影に成功したというニュースがありましたね。今回撮影されたブラックホールはM87という銀河で発見されたもので、その大きさは太陽系全体よりも大きいとされる。

具体的に考えてみると、太陽系で一番大きいとされる木星の直径は約139,800km。地球の約11倍の大きさです。

例えば、地球の大きさが直径1.5cmビー玉だとすると、
木星はハンドボールの球くらいのサイズです。かなり大きいですね。

今回撮影されたブラックホールは太陽系全体よりも大きいわけですから、木星よりもはるかに大きいことになります。

そんなブラックホールについて少し深堀りしていきたいと思います。

ブラックホールとは

まず初めに、ブラックホールとは、果てしなく大質量で高密度・強重力を持つために物質はもちろんのこと光すら抜け出すことができない天体の事です。

ブラックホールは、太陽の20倍を超える大きさの惑星が寿命により一生を終えて超新星爆発を起こした場合、中心核が自らの重力に耐えきれずに極限まで潰れていくとされていて、その極限まで潰れて密度が大きくなった天体がブラックホールと呼ばれるものとなると言われています。
つまり、非常に重い星の最後の形がブラックホールということになりますね。
ブラックホールはアメリカの物理学者であるジョン・ホイーラーによって名づけられました。

今回撮影されたブラックホール

2019年4月10日に発表されたブラックホールの画像の撮影は、世界中の約200人の科学者と8つの電波望遠鏡をつなげることで実現した国際的なプロジェクトによって成し遂げたものです。ブラックホールは光を飲み込んでしまうために、直接観察することは不可能とされてきたため、間接的な観察をしてきたという形です。

今回のプロジェクトというのは、相対性理論における”事象の地平面(Event Horizon)”、「EHT(イベントホライゾンテレスコープ)」というもので、各国にある巨大な電波望遠鏡が収集したブラックホールの観測データを持ち寄り、同期処理することで擬似的に地球規模の超巨大電波望遠鏡で観測を行なった状態と同じにするというプロジェクトです。

この際のデータはあまりに大容量であったため、多数のコンピューターをネットワーク接続することでひとつのコンピューティングシステムとするグリッド・コンピューター用いてデータ統合が施され、発表された画像を浮かび上がらせたということです。
今回、このように初めて撮影できたということで銀河の起源の解明に向けて前進+アインシュタインが提唱した相対性理論の新たな理論の発展へ突破口が開いたというわけですね。

相対性理論とは

相対性理論とは、アインシュタインが作り上げた物理の理論です。その内容は「ものが縮む」「空間が曲がる」など、非常に難解なものになっています。また、アインシュタインの式と言われるE=mc²という式も相対性理論の一つを表しているものです。

相対性理論は大きく二つに分かれます。「特殊相対性理論」と「一般相対性理論」というものです。

 

 

どんな現象が起きるのか?

以下にそれぞれの理論で唱えられている現象を紹介します。今回は詳細説明は省かせていただきます。

 

 

特殊相対性理論

・光の速度よりも速く動けるものはない

・光の速度に近い速さで動くものは、縮んで見える

・光の速度に近い速さで動くものは、時間が遅く流れる

・重さとエネルギーは同じ

 

一般相対性理論

・重いものの周りでは、時間は遅く流れる

・重いものの周りでは、空間がゆがむ

 

身の回りで感じることができる相対性理論

私たちの生活の中でも意外と身近なところで相対性理論が考えられています。いくつか例を挙げてみます。

GPS

GPSを利用したカーナビは人工衛星を介して正確な現在位置を把握することができますが、ここで相対論的効果が考慮されています。これは人工衛星が光速とまではいかないまでも、非常に高速で移動しているからだそうです。

旧式テレビ

比較的最近まで大抵のテレビがブラウン管を利用したテレビでしたね。ブラウン管は、蛍光面の電子を大きな磁石で発火させることで機能します。それぞれの電子が画面の後ろに当たると、輝く画素を作り出し、映像を生み出すために発火した電子は、光速の最大30パーセントの速度で移動します。その場合の相対論的効果は無視できないものであり、発火用磁石の製造にあたっては、相対論的効果を考慮しながら行う必要がありました。

と、こういう感じで見ていっただけでも面白いですし、これ以上に果てしなく奥が深いものだと改めて感じますね。

ブラックホールという一つの言葉から、たくさんの原理現象が派生するし、そこからさらに身近なところまでつながってきているのだと感じることができますね。本当はもっと細かなところ(重力崩壊、重力波)まで言及したかったのですが、かなり長くなってしますことが予想されるので今回は省略させていただきます。

結論としまして、今回のブラックホールの撮影成功は、私たちの生活の発展に大きく寄与されていくことでしょう。

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