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惑星テラ見聞録は、答えを探す切っ掛けを提案します。
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このページは、今日の宇宙画像
2005年9月10日号 です。
2005年9月10日号 です。
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問いに遭遇し、答えを得て、理解へ歩む
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2002年6月15日開設
2005年8月15日改訂
2005年8月15日改訂
| 項目 | 宇宙論 |
| 主題 | ブラックホール |
| 出典 | チャンドラX線天文台 |
| Recent Solar Events | |
| Credit : CXC/M.Weiss | |
| Explanation | |
| When a star runs out of nuclear, it will collapse. If the core, or central regain, of the star has a mass that is greater than three Suns, no known nuclear forces can prevent the core from forming a deep gravitational warp in space called a Black Hole. A Black Hole does not have a surface in the usual sense of the word. There is simply a region, or boundary, in space around a Black Hole beyond which we cannot see. This boundary is called the Event Horizon. The radius of the Event Horizon ( proportional to the mass) is very small, only 30 kilometers for a non spinning Black Hole with the mass of 10 Suns. Anything that passes beyond the Event Horizon is doomed to be crushed as it descends ever deeper into the gravitational well of the Black Hole. No visible light, nor X-rays, nor any other form of electromagnetic radiation, nor any particle, no matter how energetic, can escape. | |
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| 今日の宇宙画像では、チャンドラ天文台の画像と区分によるブラックホールの概論についてです。 ブラックホールは、現在その大きさと質量によって３種類に区分されています。 星のブラックホールは、太陽の５〜１００倍の質量がある非常に大きな星の進化サイクルの最終の過程で出現します。 中規模のブラックホールは、太陽の５００〜１０００倍の質量があるブラックホールで最近に発見された新しいタイプです。 超大規模なブラックホールは、銀河の中心にあり太陽の質量で１００万倍以上のブラックホールです。 と言うことで、加筆と変更のリニューアル版のブラックホール概論です。 地球を宇宙とするならば、針の穴よりも小さくなる在るか無いかわからないようなブラックホールです。 2005年 9月11日 t.sasaki |
| ブラックホールとは何？ |
| Credit : CXC/M.Weiss |
| 画像の説明 |
| 星は、核燃料を燃やし尽くした時に、自身を崩壊させます。 星が、核または中心の取り戻しで私たちの太陽の3倍の質量を持つならば、知られている核力は、核がブラックホールと呼ばれている空間で深い重力ゆがみの形成に至るのを防ぐことができません。 ブラックホールには、ことばの普通の意味において、表面がありません。 私たちが見ることができないブラックホールの周辺の空間に、単に領域または境界があるだけです。 この境界線は、事象の地平線と呼ばれています。 質量と比例する事象の地平線の半径は、非常に小さくて、私たちの太陽の10倍の質量がある非回転のブラックホールで、30キロメートルだけです。 事象の地平線を越えて通る何でもが、これまでよりも深くブラックホールの重力源に取り込まれ押しつぶされる運命になります。 どんな可視光線やX線やエネルギッシュな電磁波の放射も、またどのような他の形態やどのような粒子も脱出することができません。 |
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伴星は、ガスを見える星から引き離します。 このガスが平らなディスクを作って、ガスを仲間の方へ渦巻きます。 ガス内での粒子の間で衝突に起因する摩擦は、それらを極端な温度まで加熱して、それらの活動が、明滅するＸ線を生じさせたり、1秒以内で強度(明度)の変化を起こします。 多くの明るいＸ線連星源が、私たちの銀河と近くの銀河で発見されました。 これらのシステムのうちのおよそ１０では、見える星の急速な軌道速度で、目に見えない仲間がブラックホールであることを示します。 これらの物体のＸ線は、非常に事象の地平線に近い粒子で発生します。 |
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| Credit : CXC/M.Weiss | ||
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ところで天文学者は、ブラックホールを見ることができているのでしょうか？ 全く「いいえ」です。 見つける唯一の方法は、状況証拠を使うことです。 観察は、他のいかなる説明も考えられないように、物質の十分に豊富な量が、空間の十分に小さい(狭い)範囲に入ることを意味しなければなりません。 星のブラックホールに関して、そのように星の軌道加速を観察するこの手段は、二重あるいは連星のスターシステムで、その目に見えない仲間の軌道となります。 ブラックホールを捜すことは、扱いにくい事柄です。 それらを見つける1つの道は、Ｘ線連星系を調査することになります。 これらのシステムは、中性子星またはブラックホールであるかもしれない見えない伴星の近い軌道内に見える星を伴っています。 |
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| Credit : CXC / NASA | |||
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現在までに、２種類のブラック・ホールの強い証拠があります。 １０個くらいの太陽の質量による星のブラック・ホールと太陽の数百万倍の質量による超大規模なブラック・ホールです。 星のブラック・ホールは、大きい星の進化の自然の結果として形成されます。 銀河の中心だけで見つかる超大規模なブラック・ホールの起源は、ミステリーです。 銀河中心の超大規模なブラック・ホールは、銀河を作ったガス雲の最初の崩壊によってなのか、または星の質量のブラック・ホールがさらに成長しての結果なのか、または他の若干のメカニズムで中央に位置する集団の合併からの段階的な成長からできたブラック・ホールかどうか、依然として解明されていません。 |
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| Credit : CXC/M.Weiss | ||
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この画像は、ブラックホール候補XTE J1118+480のＸ線映像です。 それらがＸ線を放ったあと、1秒未満で事象の地平線を越えて消えます。 しかし、ブラックホール周辺のディスクにおける全ての物質が、ブラックホールに落ちるように運命づけられるというわけではありません。 多くのブラックホール・システムでは、高速でディスクから吹き飛ばされる熱風として、ガスの一部が、逃げます。 星のブラックホールから離れて爆発を示す高エネルギーのいくつかの電波とＸ線観察によるジェットは、さらに劇的です。 これらのジェットは、ほとんど隙間がないビームとして光速で動き、失速し消えて行く前に数光年の距離を進むことができます。 物質がそれらに落ちるとき、ブラックホールが成長します。ブラックホールの質量は、それが捕らえる質量の量と等しい量で増えます。 |
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| Credit : CXC / NASA | |||
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例えば、ブラックホールが私たちの太陽のあらゆる質量を飲み込むならば、事象の地平線の半径も、およそ3キロメートル増加します。 星が高密度に詰まっている銀河の中央のブラックホールは、１０億の太陽の質量に相当するまでに発達するかもしれなくて、超大規模なブラックホールと呼ばれることになるかもしれません。 最近、チャンドラの観測では、およそ1000の太陽の質量のあるブラックホールが、まだ理解されない過程で密集した星団内で形成される可能性があるという証拠を見つけました。 |
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この画像は、星が爆発している銀河M82の中心領域のチャンドラのＸ線映像です。 これに対する特定の関心は、画像中央近くの明るい源です。そこは、銀河のダイナミックな中心（小さい緑の十字）からおよそ600光年離れて併置しています。 左右の画像は、３ヶ月の間の変化について比較したもので、このＸ線の源がその強度で劇的に減少と増加した様子を捉えました。このような変化性のパターンは、源がブラック・ホールであることを示します。 |
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| Credit: NASA/SAO/CXC | ||
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これは、銀河の核の外側で大きいブラック・ホールでの最初に確認された事例で、新型のブラック・ホールが、多くのブラック・ホールの合併によって、あるいは、多くの星の合併によってつくられる「ハイパー星」の崩壊で形成されることを表すと思われます。 チャンドラは、M82をおよそ合計３０時間で６回観察しました。 観察の一部は、高解像度カメラ（HRC）で作られて、先進のCCDイメージング分光計（ACIS）によるいくつかはＸ線カメラの像で処理しました。Ｘ線源の手足を広げた様子は、器械の加工品です。 Ｘ線の分布状態は、点のようなこの源と一致しています。 この画像以前に、M82の観察について６００秒の振動が発表されましたが、その振動はHRC探知器電子機器で生じた偽現象を除去するために用いた手順によってふるい分けたデータの加工によるものと判明しました。 しかし、このことによっても銀河M82の中央から６００光年離れている中規模ブラック・ホールの存在について確証した結論を変えません。その結論は、源の観察された強度と源の正確な場所に基づき、影響を受けていません。 |
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星のブラック・ホールの質量は、その目に見えない仲間を軌道に乗せている星の軌道加速を観察することによって推論することができます。 同様に、超大規模なブラック・ホールの質量は、中心のブラック・ホール周辺で渦巻いているガス雲の軌道加速を用いて測定することができます。 ブラック・ホールの質量の確立に軌道加速を用いることができないとき、天文学者は、ブラック・ホールへ落ちている物質に起因するＸ線光度を計ることによってそのブラックホールの質量の下限を設定することができます。 外に流れるＸ線の圧力は、内部に流れる物質に関してブラック・ホールの重力の引きよりも小さいにちがいありません。 物質がブラック・ホールの方へ引っ張られるとき、熱されてＸ線を生じます。これらのＸ線は、物質に関して押し出す放射圧をつくります。 物質が落ち続けるならば、Ｘ線の放射圧はブラック・ホールの重力の引き未満にちがいありません。 この作用は、エディントン限界と呼ばれ、天文学者がブラック・ホールの大きさを推定することを可能にします。 |
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| Credit : CXC / NASA | |||
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この技術は、銀河M82の中央からほぼ600光年離れている密集した星団で発見されたブラック・ホールの大きさを推定するのに用いられました。 天文学者は、このブラック・ホールの大きさは、私たちの太陽の５００倍を超えるにちがいないと突き止めました。 これは知られている星のブラック・ホールよりも非常に大きいけれども、銀河中心にあるような超大規模なブラック・ホールよりも非常に小さいので、それは「中規模質量」のブラック・ホールと呼ばれています。 天体物理学者は、銀河の中心がブラック・ホールを形成する条件として適当で唯一の場所であったこと及び大きく成長したかあるいは非常に大きなブラック・ホールであったと考えるようになりました。 星のブラック・ホールよりも大きい中規模質量のブラック・ホールの発見では、どういうわけか銀河の中央から離れている密集した星団内で、大きいブラックホールがそのように出現する徴候も見られました。 中規模質量ブラック・ホールの形成について現在の可能な説明は、多くの星のブラック・ホールの合併または巨星の崩壊を含んでいます。 もう一つの可能性は、ブラックホールの中へ落下することによって生じるＸ線が、地球の方へ放射されているということです。これは、源からのＸ線の全体的な出力を減らします。つまり、星の質量ブラック・ホールと一致する値まで、外に流れるＸ線の圧力を乗り越えるために必要な質量を減らします。 |
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| ３Ｄ立体画像の付録です。交差法で立体的に見るには、左右の画像の中間(画像下の真ん中の黒点の上)に両目の焦点を合わせます。いわゆる、寄り目にします。平行法で立体的に見るには、左右のそれぞれの画像の下にある黒点の上の真ん中あたりに視線を持っていきます。このときには、両方の画像が、ぼんやりと見えるように画面をつき抜いてその先に焦点を当てるつもりで見ます。ほとんどを交差法にしています。平行法で見たい方は、画像をコピーして左右の画像を入れ替えてください。２００２年４月３０日ページに立体視の方法について掲載しています。 | |||||||
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チャンドラの観察結果を含む最近の研究は、銀河とそれらのブラックホールが、絶え間ないけれども突発的に生じたり成長しないことを示唆します。 成長サイクルの初めで、銀河とその中心のブラックホールは、物質を蓄えています。 超大規模なブラックホールの成長を伴うジェットで発生するエネルギーは、最終的には、物質の落下と銀河の成長の停止をもたらします。 中心のブラックホール周辺の活動がそれから中断して、物質の安定した供給が不足しジェットが消えます。 何百万年後かに、銀河を囲む熱いガスが銀河に落ちて冷やし、ブラックホールは、再び活動を再開して、成長の新しい季節が始まります。 |
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| Credit : NASA/CXC ,NRAO ,DSS et al. | ||
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星の数で１００万を超える質量による超大規模ブラック・ホールは、大部分の大きい銀河の中央にあると考えられます。 証拠は、銀河の中心を軌道に乗って回っている星または、ガス雲の速さの急増を示す光学および電波観察から生まれます。 高軌道速度は、大きい何かが星を速めている強力な重力場をつくっていることを意味します。 Ｘ線観察は、大量のエネルギーが多くの銀河の中心で発生することを示します。それは、おそらくブラック・ホールへの物質の侵入です。 どのようにして、超大規模なブラック・ホールが、銀河の中央にできたのでしょうか？ 1つの考えは、個々の星のようなブラック・ホールが、超大規模なブラック・ホールに至る形成の何百万年もの過程で物質の莫大な量を飲み込むということです。 もう一つの可能性は、星のようなブラックホールの集団が、合併を繰り返して、最終的には、一つの超大規模なブラック・ホールになるということです。 あるいは、一つの大きいガス雲が、超大規模なブラック・ホールをつくるために崩れてできました。 |
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| Credit : NASA/MIT/PSU | |||
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