『巨大ブラックホールの謎』4

<『巨大ブラックホールの謎』4>
図書館に予約していた『巨大ブラックホールの謎』という本を、待つこと1ヵ月ほどでゲットしたのです。

昨今の報道によれば、世界中の望遠鏡が組んでブラックホールの画像を捉えたようで、謎はかなり狭まったようですね♪
なお、著者は国際研究チームの日本側のチームリーダーを務めたとのことです。


【巨大ブラックホールの謎】


本間希樹著、講談社、2017年刊

<「BOOK」データベース>より
 200年以上前にその存在が予言されながら、いまだ多くの謎に包まれており、厳密にはその存在すら確認されていない。一般相対性理論による理論的裏付けから1世紀、「ブラックホール」という命名から半世紀、人類はついに「黒い穴」を直接見る力を手に入れようとしている。最新望遠鏡が解き明かす、巨大ブラックホールの謎を第一人者が解説する。
【目次】
第1章 ブラックホールとは何か?/第2章 銀河の中心に潜む巨大な穴/第3章 200年前の驚くべき予言/第4章 巨大ブラックホール発見前夜/第5章 新しい目で宇宙を見るー電波天文学の誕生/第6章 ブラックホールの三種の神器/第7章 宇宙は巨大ブラックホールの動物園/第8章 巨大ブラックホールを探せ!/第9章 進む理解と深まる謎/第10章 いよいよ見える巨大ブラックホール

<読む前の大使寸評>
昨今の報道によれば、世界中の望遠鏡が組んでブラックホールの画像を捉えたようで、謎はかなり狭まったようですね♪
なお、著者は国際研究チームの日本側のチームリーダーを務めたとのことです。

<図書館予約:(5/18予約、6/22受取)>

rakuten巨大ブラックホールの謎


ダークエネルギーとか重力波あたりを、見てみましょう。
p84~87
■一般相対性理論のさらなる予言
 一般相対性理論の完成とシュバルツシルト解の発見によって、ブラックホールを物理学的に記述することができるようになりました。一方で、相対性理論により予言された現象は他にもあり、その中には天文学の進歩やブラックホール研究の展開にも関連する重要なものがありますので、あと2つほど紹介しましょう。

 1つ目は良く知られた宇宙膨張です。アインシュタイン方程式の解として、無限に小さい点から始まって膨張する動的な宇宙が導かれます。これが現代において標準的な宇宙モデルである「ビッグバン宇宙」の基礎となっています。でも、宇宙が膨張しているなんてなかなか一般の人には信じられないですよね。このような解を見つけた当のアインシュタイン自身が、「こんなことはありえない」、「自分の理論が間違っているのでは」と悩んでしまうほどだったのですから。

 アインシュタイン自身も当初「宇宙は定常で不変であるはず」という当時の常識を疑うことができませんでした。そのため、自分で導いたアインシュタイン方程式に少しだけ手を加えて、宇宙の膨張を止める、という細工をします。この時に導入されたのが「宇宙項」といわれる、アインシュタイン方程式に加える定数です。

 ところが、アインシュタインがこのようにして静的な宇宙を導くことに苦心する一方で、その後系外銀河の観測が進むと実際に宇宙が膨張していることが確認されます。このために後にアインシュタインは、「宇宙項の導入は最大の間違いだった」といって、これを撤回しています。

 ところが自然とは何とも奇妙なもので、20世紀後半から21世紀になるとさらに宇宙の詳細な構造がわかるようになって、この「宇宙項」の存在が確認されています。これが現在「ダークエネルギー」と言われているものです。

■重力波…時空のさざ波
 そしてもう一つ、相対性理論から予想される重要な現象が「重力波」です。質量を持った物体が周りの時空を歪めることはすでに述べましたが、その物体を加速しながら運動すると、時空の歪みの様子が時々刻々変化し、それが波として伝播していきます。この「時空のさざ波」が「重力波」です。

 相対性理論が予言した数多くの現象のうち、重力波は21世紀に入るまで長い間観測することができませんでした。

 しかし2016年の2月になって「人類史上初めて重力波が検出された」、という大ニュースが世界を駆け巡りました。このニュースはテレビや新聞でも大きく報道されましたので、ご存知の読者の方も大勢いらっしゃると思います。2個のブラックホール連星が合体して1個のより大きなブラックホールが形成される、というエキゾチックな現象により放出された重力波が、地球上で検出されたのです。

 ちょうど筆者がこの本を執筆中のできごとで、じつは当初は「重力波はまだ見つかっていない」という原稿を書いていました。結果的には原稿を書きなおすはめになりましたが、一生に何回経験できるかわからないくらいのエキサイティングな発見に、一科学者として大きな興奮を覚えました。


『巨大ブラックホールの謎』3:巨大望遠鏡VLBI
『巨大ブラックホールの謎』2:事象の地平線
『巨大ブラックホールの謎』1:ブラックホールの撮影

Nature ダイジェストで「重力波」を見てみました。

ついに捉えられた重力波より
人類はついに重力波を観測した。アインシュタインの理論を裏付けるこの観測結果は、ニュースでも大きく取り上げられた。重力波は日常生活では実感できないが、非常に大きな質量によって時空が伸びたり縮んだりした「ゆがみ」が波となって伝わったものだ。重力波はどのようにして捉えられたのだろうか。

■重力波とは何か?
すべてはアインシュタインが一般相対性理論を発表した1915年までさかのぼる。アインシュタインは、時間と空間は互いに関連したものであると考え、「時空」という言葉で表した。さらに、質量をもった物質は時空の構造をゆがませると考えた。もし、その質量が十分に大きければ、そのゆがみはほかの物体を引きつける力、つまり重力の原因となる可能性がある。アインシュタインは、時空が伸びたり縮んだりして生じたゆがみが波となって宇宙を伝わっていくだろう、とも考えた。これが重力波と呼ばれるものである。

たとえばブラックホールのような非常に大きな質量の物体が宇宙で近づけば、2つの物体は互いの周囲を回り、周辺の時空をゆがめながら、やがて合体して1つのブラックホールになると考えられる。ブラックホールが互いに周囲を回っている間、時空のゆがみは時間とともに変化する。この変動は空間を伸ばしたり縮めたりしながら、池の波紋のように物体から周囲へと重力波として伝わっていく。しかも重力波はすべてのものを貫通し、弱まることなく遠くまで伝わると予測されている。

ところが、重力波による影響はあまりにも小さく、今回発見された時空のゆがみは地球と太陽の距離がわずか水素原子1個分だけ伸縮したことに相当する。これほどわずかな時空のゆがみを検出することは不可能だと考えられていた。

■重力波を探す
しかし、研究者は諦めることなく、重力波を検出するための装置を考え出した。その一つが LIGO(レーザー干渉計重力波観測所)※だ。重力波によって引き起こされる時空のゆがみを「光は波である」という性質を使って直接的に計測する。原理的には単純な仕組みだ。

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