ブラックホールを語る。

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ブラックホールとは

恒星の終末としてのブラックホール

恒星が進化の果てに行き着く先の一つがブラックホールである。
ブラックホールは重力が巨大である。
周囲の物質を引き付け飲み込んでしまう。

一度飲み込まれると、物質だけでなく光も脱出できない。
光も出ないので、ブラックホールを見ることはできない。
中を知ることもできない。

恒星の末路は3パターンあり、どの終末を選ぶかはその恒星の質量によって決まる。
3パターンとは、白色矮星、中性子星、ブラックホールのことである。

太陽の30倍以上の質量を持つ恒星は、ブラックホールとなって生涯を終える。
恒星の終末としてのブラックホールを小型ブラックホール、または恒星サイズブラックホールという場合もある。

ブラックホールの誕生プロセス

恒星の質量は大きい。
このため、恒星は自分の重力で縮まろうとする。
ところが、収縮すると内部の圧力が高まるので、核融合反応が起こり星を膨張させようとする。

重力による収縮と核融合反応による膨張。
この二つがバランスして恒星はそのサイズを保つのだ。

ところが、燃料となる元素を使い果たすともう核融合反応を続けることができない。
こうなると、恒星は自らの重力に縮小するのだ。
このため中心部の密度は非常に高くなる。

高密度のため恒星の内部では物質がギュウギュウ詰めになっていく。
そのため、やがて原子核同士が接触してしまうのだ。

あまりにも混み合っているため電子が陽子に取り込まれてしまい中性子となる。
この段階の恒星の内部はオール中性子の芯が出来上がるのである。

中性子の芯には縮退圧という力が作用している。
縮退圧とは、もうこれ以上縮まりたくないと内部から外側に作用する力だ。
そこへ星全体が縮小しようとすると、中性子の芯は縮退圧のために、のしかかってくる物質を一気に跳ね飛ばす。

これが超新星爆発である。 超新星爆発に残った中性子の芯が中性子星である。

恒星の質量が太陽の30倍以上の場合、これでは済まされない。
星全体の縮小によって中性子の芯にかかる物資の重さは、縮退圧よりもはるかに強力なものだ。
超新星爆発を起こしても、縮退圧は役に立たないので、芯はさらに収縮を続けるのである。

この収縮を止める手立ては何もない。
自己の重力によってどこまでも収縮していく。

収縮し、ついにある半径(シュヴァルツシルト半径)よりも小さくなると、もう光さえも重力のために脱出できなくなる。
この状態にある天体がブラックホールだ。

ブラックホールの候補

「光が脱出できない」ということは、見ることができないことを意味している。

ブラックホールそのものを見ることはできない。
しかし、ブラックホールが物質を吸い込むとき、その周囲に降着円盤を形成する。
降着円盤内のガスやダストは、摩擦によって加熱されるのでX線やガンマ線を放射する。

この放射線を観測することによって、ブラックホールの存在を探ることができるのである。

はくちょう座X-1

はくちょう座にあるエックス線源である。
最初に発見されたブラックホールの候補である。

LMC X-1

大マゼラン雲にあるエックス線源である。
連星系であり、一方が太陽質量の5倍のブラックホールと考えられている。

ブラックホールの特徴

ブラックホールの種類

ブラックホールは規模によって、3種類ある。
太陽質量の30倍の恒星の末路としてのブラックホールは小型のブラックホールである。
恒星サイズブラックホールと呼ばれる場合がある。

銀河系の中心には巨大なブラックホールが存在することが確認されている。
このようなブラックホールを巨大質量ブラックホールという。
太陽の約100万倍以上の質量を持つ。

恒星サイズブラックホールと巨大質量ブラックホールの中間にあるのが、中質量ブラックホールだ。
M82 X-1は、中質量ブラックホールの候補である。

ブラックホールの消滅

ブラックホールはただひたすら、物質を吸収しつづけ、その質量を増していくと考えられている。

ところが、この考えに異を唱えたのがホーキングだ。
ホーキングによれば、ブラックホールから物質が少しずつ失われ、最終的にブラックホール自体が消失する可能性があるという。

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