ブラックホールはどうやって観測できるのでしょうか？

ブラックホールは宇宙全体で最も奇妙な元素の 1 つです。その性質は、光さえもそこから逃れることができないことを意味します。さらに、それらは特異点、つまり私たちが知っている物理法則が意味をなさなくなる点とも考えられています。これらすべてを考慮すると、どうやって彼らがそこにいることを知ることができるでしょうか?光がそれらから逃れられないなら、どうやってそれらを見ることができるでしょうか？幸いにも（あるいは残念ながら）、ブラック ホールは非常に複雑なので、正しいトリックを見つけるのがすべてです。

ブラックホールとは何ですか?

はい、もう聞いたことがあるでしょう。しかし、それらが何であるかを本当に知っていますか?ブラックホールの概念は 1783 年に登場しました。そのとき、ジョン・ミシェルという名前の地質学者は、重力によって光が逃げられないほど高密度の天体というアイデアを提案しました。彼は英国王立協会に宛てた手紙の中で、太陽の500倍の半径をもつ天体は光を逃がさないので見えなくなると述べた。この考えは、ニュートンが古典物理学と力学の名の下に地位を確立して以来、科学者の間で関心を集めてきました。

ブラックホールの概念は、ジョン・ミシェルが重力によって光が逃げない天体のアイデアを提案した 1783 年に登場しました。しかしもちろん、その疑問が解消されたのは 1915 年のアインシュタインでした。光は重力の影響を受けます。これは相対性理論に反映されています。シュワルツシルト、チャンドラセカール、エディントンのような物理学者のおかげで、単なる方程式に過ぎなかったものが形になり始めました。最初は単なる数字と数学的解決策のように見えましたが、物理的に意味のあるものになりました。最後に、70 年代初頭、ジョン ウィーラーのおかげで、ブラック ホールという用語が作られ、科学界で受け入れられました。そして、なぜですか？なぜなら、ミシェルが数百年前に想定していたように、この特異点は光を逃がさず、空間に点、つまりブラックホールを作り出すからです。多かれ少なかれ。

ブラックホールは、実際には圧倒的な質量を持つ宇宙の一部です。物質の粒子が逃げられないほどです。もちろん、これには光も含まれます。それはすでに述べました。しかし、スティーブン・ホーキング博士が当時説明したように、それらは放射線を放出する可能性があります。もちろん、この放射線は穴の内側ではなく、穴の「外側」で発生するので、私たちが言っていることと矛盾するわけではありません。原子以下のサイズのマイクロブラックホールを除いたブラックホールは、数キロメートルから数十万キロメートルにもなり、おそらく数千個の太陽の質量を伴う可能性があります。残りについては、方程式は、穴が実際には球形で、定義された幾何学形状を持ち、いわゆる事象の地平線に「包まれている」ことを示しています。これは、ブラック ホール領域を宇宙の残りの部分から分離する境界です。これは、光子を含む粒子がそこから出られない空間の限界表面です。

ブラックホールを観察する

これらの詳細を考慮すると、たとえ間接的であっても、これらの側面がブラック ホールを「観察」するには十分であることが直観できます。ブラックホールはアマチュアの望遠鏡でも見ることができます。どこを見るべきかを知っておく必要があるだけです。しかし、これに進む前に、ブラックホールからのデータは天文台や研究所でさまざまな方法で分析されます。その 1 つは、ホーキング放射や周囲で発生するその他の現象からの強い放射線放出を観察することです。たとえば、銀河の中心には、太陽系よりもさらに大きい巨大な超大質量ブラックホールがあると推定されています。これらは膨大な特徴的な放射線放出を引き起こします。ただし、この放射線は宇宙の他の非常に暴力的な元素と混同されることがあります。

ブラックホールには降着円盤が存在することがよくあります。 「インターステラー」のブラックホールのように、降着円盤は膨大な速度で回転する物質で構成されています。とてもとても熱く、特徴的な放射線を発しています。この映画の非常に興味深い部分は、この点における優れたシミュレーションです。これらの降着円盤は、ブラック ホールの観測に使用されます。最後に、重力レンズがあります。光が重力によってどのような影響を受けるか、重力を利用して、他の天体から私たちに届く光に対するブラックホールの影響を観察することができます。

したがって、遠く離れた物体からの光が、大きな質量 (および重力) を持つ物体の周囲で曲がるときに、重力レンズ (重力レンズ) が形成されます。これは惑星、銀河、そしてもちろんブラックホールでも起こります。重力レンズも相対性理論によって予測され、1919 年の日食中に光が曲がるのが観察され、その存在が実証されました。したがって、非常に遠くから来る光は、光源と私たちの間にブラックホールが存在することを示す指標として使用できます。

望遠鏡でブラックホールを見る方法

ごく最近、研究者グループは、通常の 20 センチメートル望遠鏡だけでブラック ホールの影響を観察できることを示しました。これを行うには、最も近いものの 1 つを指すだけで済みます。十分な忍耐力があれば、たとえば降着円盤で発生した激しい爆発から光がどのように到達するかを観察することができます。しかし、私たちが観察できるのは、比較的近くにあり、十分に「目を引く」ものだけです。したがって、最も近い穴をより少ない「干渉」で観察する必要があります。

良い例は V404 Cygni です。この星系は、ブラック ホールの周りを周回する星で構成されています (またはその逆)。時々、両方が相互作用できるほど接近するため、星は物質を失い膨らみます。これにより、星は断続的に明るくなったり暗くなったりして見えます。したがって、この場合、円盤の激しい爆発ではなく、星の光と両方の星の間の反応を観察することができます。最終的には効果は同じであり、単純な望遠鏡でもブラック ホールの存在を観測できる可能性を示しています。