ブラックホールの歴史や最近の研究成果を非専門家向けに紹介

1. ENJOY SCIENCE
ブラックホールの深遠な謎に迫る
2022/5/8
KOJI FUKUOKA

2. 留意事項
 あくまで発信日時での公開情報を中心とした内容であることに留意ください。
 所属企業ではなく、あくまで個人としての発信です。本情報に伴う結果に関して責任は
負いかねますのでご了承お願いいたします。
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3. 本シリーズ共通の趣旨：３つの謎の解明をカジュアルに楽しむ
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生命とは？
宇宙とは？
知能とは？
宇宙物理学
宇宙生物学
分子生物学
合成生物学
神経科学
コンピュータ科学
物理学
生物学
化学
生理学
数学
解きたい謎 関連する学問テーマ 学問テーマの大分類
【自己紹介】
IT企業でAIなど新技術を活用した
事業開発。
元々宇宙物理研究を志し、
今は１科学愛好家。

4. 資料の構成
• ブラックホールとは？
• ブラックホールの基礎知識
• 2010年代以降のトピック
• ブラックホール論争
• 宇宙の起源と終末
• QAは都度チャットで〰＾＾
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5. 星の一生
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誕生
活動
（エネルギー放射）
エネルギー
枯渇
赤色巨星
超新星爆発
(super nova)
白色矮星
中性子星
質量大
ブラックホール
星の一生とその末路（重さによって異なる）
かに星雲(1050年ごろ)
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%81%8B%E3%81%AB%E6%98%9F%E9%9B%B2
但し例外も・・・

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https://www.youtube.com/watch?v=hu6hIhW00Fk

7. ブラックホールの構造
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https://www.nasa.gov/sites/default/files/images/729665main_A-BlackHoleArt-pia16695_full.jpg
特異点(真ん中)
ジェット
降着円盤
事象の地平線
(イベントホライズン)

8. ブラックホールの基礎
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1
〜数十倍 数百万〜数百億（超巨大）
候補は出始めている
大きさと数について
形状について（持てるのは質量・電荷・回転のみBy 伝道師ホイーラー）
シュバルツシルトが一般相対性理論が導いた
ブラックホール(質量のみの存在と仮定)
現時点で直接的に観測済みなのは約100個だが、
2022/1の研究発表では小・中だけで4000京個との試算も
〇宇宙に存在するブラックホールの数、1000兆の4万倍個もあるらしい！（2022.01.26)
https://www.gizmodo.jp/2022/01/40-000-000-000-000-000-000-black-holes.html
https://astro-dic.jp/kerr-black-hole/
シュバルツシルト半径
小 中 大
＋回転：カー
＋電荷：ライスナー・
ノルドストローム
カー-ニューマン
ブラックホール

9. 参考：一般相対性理論(1916)による重力が伝わるイメージ
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時空の歪みで星の光もゆがむ（重力レンズ）
重力とは時空の歪みの度合い
時空の歪み（＋宇宙定数）＝物質の質量(エネルギー)
一般相対性理論（別名 重力）方程式の意味合い

10. 参考：一般相対性理論が予言する重力波
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時空の歪みは極めて微弱。
太陽と地球の間にある水
素原子の変化を検知する
レベル
【干渉計の原理】
別々の方向に光速（一
定）を同距離往復させる
と、空間のゆがみが発生
すると（＝距離の差）で
到着タイミングが微妙に
異なる
→干渉縞として記録
重力波を観測するレーダー干渉計のイメージ
〇重力波とは何か？
https://gigazine.net/news/20160215-gravitational-waves-explained/

11. トピック：100年後に重力波の検出に成功してノーベル賞受賞@2017
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Rainer Weiss
レーザー干渉計の原理
を提案
Barry C. Barish
LIGOプロジェクトの
リーダー
Kip S. Thorne
主に理論面での発展に
おいて中心的な役割
（映画「インターステ
ラー」の科学監修」）
〇Wiki等

12. 実は観測した重力波はブラックホールの衝突だった
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〇ブラックホールの衝突による重力波と閃光を観測…今後は日本の｢KAGRA｣も貢献(2020/7)
https://www.businessinsider.jp/post-215625
電磁波（光・電
波・X線）の観測
では見通せない
重力波天文学の
幕開け

13. トピック：ブラックホール撮像に成功@2019
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https://www.youtube.com/watch?v=bLWmdjB28J8

14. ブラックホール撮像の仕組み
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人間の視力(検査で使われる数値)に例えると・・・300万は必要
→地球から月面のテニスボールを認識できるレベル
観測する波長
望遠鏡のサイズ（アンテナとすると直径）
高い解像度≈
見るもの決まってるから
ここは固定
ここを大きくするしかないないが・・・
->地球規模の大きさが必要！
2018年時点最大の光学望遠鏡で
最大の解像度で見た月面
（これでもテニスボール数百万個が
入る）

15. 地球最大の天文プロジェクト
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http://www.mitsubishielectric.co.jp/me/dspace/column/c1909_1.html
あとは各地での計測結果を
持ち寄って、データ解析を
駆使（AIも貢献）

16. 実はジェットの画像化にも成功
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〇EHT Japan
https://www.miz.nao.ac.jp/eht-j/system/files/gallery/223/Infographic_centaurus_A_JP_credit_0.jpg
ジェットのふちの部分だけが電波を放射しているように見えたことで、
ジェットの理論モデルに影響を与える観測結果

17. トピック：ブラックホール研究者のノーベル賞受賞@2020
The Royal Swedish Academy of Sciences has decided
to award the Nobel Prize in Physics 2020
with one half to
Roger Penrose
University of Oxford, UK
“for the discovery that black hole formation is a robust
prediction of the general theory of relativity”
（ブラックホールの形成が、一般相対
性理論から導出できることを証明）
and the other half jointly to
Reinhard Genzel
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics,
Garching, Germany and University of California,
Berkeley, USA
and
Andrea Ghez
University of California, Los Angeles, USA
“for the discovery of a supermassive compact object
at the centre of our galaxy”
（超大質量コンパクト天体が我々の
天の川銀在中心にあることを発見
（＆一般相対性理論の検証にも）
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※出所：ノーベル賞公式サイト
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/
https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/advanced-physicsprize2020.pdf
ゲンチェル ゲズ
ペンローズ

18. 受賞内容：ゲンチェル＆ゲズ
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• 天の川銀河のいて座A※(SgrA※)
電波源を発見
質量：4×106 太陽質量
（太陽の400万倍）
• 相対論的効果の測定
（一般相対理論の検証）
http://www.astro.ucla.edu/~ghezgroup/gc/animations.html

19. 多くの関係者を巻き込んだブラックホール論争
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https://www.businessinsider.jp/post-163902
特異点定理
→物体の形状によらず一定
の条件があれば特異点(
ブラックホール）が存在
宇宙の特異点定理
→宇宙も初期にさかのぼると特異点が存在
（あくまで一般相対性理論からの導出）
スティーブンホーキング
ロジャーペンローズ

20. ブラックホール情報パラドックス
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ホーキング放射：ブラックホールは蒸発して
いる（1974）
ブラックホールからは粒子が放出されるが、入ったもの
の情報を持っていない
→ブラックホールに入った情報は失われる
サスキンド
トフーフト
たちの情報は失われない派
VS
ホーキング
キップ・ソーン
たちの情報は失われる派

21. ブラックホール論争の結論
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ホログラフィック理論：ブラックホール内の3次元情報はその表面積(2次元)で記述可能
超ひも理論によるホログラフィック理論（1997）で
ブラックホールの構造を説明して、ついにホーキング
が過ちを認める(2004)
→拡張されたのが「笠・高柳公式」（2006）
ひも
ブレーン

22. 余談：ホーキングは賭けに弱い？
「ホーキングが賭けた主張」→負けて進呈したもの(時期)
 「はくちょう座X-1がブラックホールではない」→キップ・ソーン氏に雑誌『ペントハウス』1年分
(1974)
 「裸の特異点(事象の地平線に覆われてない)は存在しない」→キップ・ソーン氏に100ポ
ンドと（裸を隠すための）Tシャツ(1997)
 「ブラックホールに入った情報は失われる」→プレスキル氏に野球の百科事典(2004)
 「ヒッグス粒子は見つからない」→ゴードン・ケーン氏に100ドル(2012)
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https://natgeo.nikkeibp.co.jp/atcl/news/18/031600121/
http://sci-tech.jugem.jp/?eid=1022

23. 宇宙の起源：実は宇宙初期にブラックホールが？
ビッグバンからわずか７億 5000 万
年後に超巨大ブラックホールの兆候
を確認
→最新の宇宙望遠鏡（ジェイムズ・
ウェッブ(下図)で追観測）
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〇131 億光年かなたに潜む、超巨大ブラックホールの前兆を発見（2022年4月13日）
https://subarutelescope.org/jp/results/2022/04/13/3049.html

24. 宇宙の起源：実は宇宙初期にブラックホールが？
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〇131 億光年かなたに潜む、超巨大ブラックホールの前兆を発見（2022年4月13日）
https://subarutelescope.org/jp/results/2022/04/13/3049.html

25. 仮説：ブラックホールが生命を運んだ！？
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各銀河間の（生命起源となる）元素の比率が
なぜか同一（ビッグバン後は銀河間は引き離されて
情報やりとり出来ないはずなのに・・・）
〇銀河団の元素組成は一様だった
https://www.isas.jaxa.jp/feature/forefront/160118.html
距離(ほぼ横ばい。つまり元素比率一定)

26. 宇宙の終末（構造と構成物質）
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参考：完全独習 宇宙論
宇宙の
未来
宇宙という構造
自体
1. 膨張速度が大きくなりちりぢりに（ビッグリップ）
2. この状態で現状維持
3. 膨張速度が小さくなりしぼむ（ビッグクランチ）
4. その他
我々の宇宙を
構成する天体
時間 主な出来事
0 宇宙創成(厳密には不明)
40万年 宇宙の晴れ上がり
（暗黒時代）
30億年 星と銀河の形成
90億年 太陽と地球の形成
100億年 生命の誕生
138億年 現在
190億年頃 太陽の赤色巨星化（エネルギー枯渇）
100兆年頃 星が燃え尽きる
1032兆年頃 （原子核を成す）陽子崩壊
10100兆年頃 ブラックホール蒸発

27. まとめ
 ブラックホールは星の死後の姿である程度その数や構造は解明されてきています。
 特にブラックホール論争は科学理論全体の底上げにも貢献し、今でも宇宙起源
の研究をはじめいろいろと貢献しています。
 宇宙初期にもその存在がみつかり、ブラックホールの研究は新しい局面を迎えつつ
あります。
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