ブラックホールという用語は、重力が境界上および内部にあり、フォトンでさえこのオブジェクトを離れることができないほど大きいオブジェクトを指します。 言い換えれば、光でさえブラックホールの境界を越えて逃げることができないため、悲劇的で詩的な名前です。 ブラックホールの境界を離れることができなくなった境界は、イベントホライズンと呼ばれます。 それほど詩的ではありませんか？ 厳密に言えば、ブラックホールには表面やその他の物質的な境界はありません。 イベントホライズン内で何が起こるかは誰にもわからないため、条件付きで「表面」と見なすことができます。
現代科学は、3種類のブラックホールがあると信じています：
- 微視的-量子-BH
- ほとんどの銀河の核である超大質量BH（10 5〜10 10太陽質量）
- 恒星質量（3-100太陽質量）のBH
しばらく前に、彼らは「中」のBHについても話し始めましたが、その存在は白熱した議論の対象です。特に、その形成メカニズムの満足のいく説明は見つかりませんでした。 この記事では、その存在が十分に確認されていると考えられる「通常の」超巨大ブラックホールに焦点を当てます。
正式には、ブラックホール自体は完全に見えません（光でさえ限界を超えることができないためです）。 しかし、巨大な引力のおかげで、ブラックホールは降着円盤に囲まれており、星間ガス、ほこり、その他多くの
落下中、円盤を構成する蓄積物質は、ブラックホールの周りを螺旋状に回転し、途方もない速度を獲得してウォームアップし、その結果、堆積円盤が紫外線およびX線スペクトルで放射します。 この放射により、宇宙の深部にあるブラックホールを検出することができます。
多くの人々の心の中では、ブラックホールは、地獄の深byの神秘的ですべてを消費する具体例です。 しかし、ブラックホールの周りを回転するすべての物質から遠く離れて、ブラックホールに吸収されます。 降着円盤の問題の一部は、激しい加熱と高回転速度の結果として、宇宙風の形で放出されます。 たとえば、2011年に恒星質量ブラックホールIGR J17091-3624が今日知られている最速の既知の「風」を定期的に放出することが発見されました。その速度は光速度の3％である約3,000万km / hに達します。
さらに、ブラックホールは、降着円盤の回転面に垂直な両方の「極」から向けられた狭い方向のプラズマ放出の形で物質を放出する特性も持っています。 これは、ディスクがマウントされている軸のように見えます。 これらの放出はジェットと呼ばれます。 ジェット ]、または相対論的ジェット 。 それらの形成のメカニズムはまだよく理解されていません。 超大質量ブラックホールの場合、ジェットの放射力は、銀河団の中心への星間ガスの流入を止めることができるようなものです。 ジェットの放出速度は風速の数倍です。
起源
統計的には、恒星の質量のブラックホールは、宇宙で最も一般的な種類でなければなりません。 実際、これは冷却された星の死後の存在の形の一つです。 しかし、その死後のすべての星がすべてを無限に吸収するわけではありません。 理論計算では、星の質量が太陽の少なくとも3〜6倍である場合にのみ、吸収体の標準になる可能性があると予測しています。
科学者によると、星がブラックホールに変化するメカニズムは次のシナリオに従って進行します。 星の中の物質は、2つの異なる方向の力、つまり圧縮（重力）と膨張（熱核反応）の影響を受けます。 実際、当分の間、どの星も不安定な平衡状態にあり、そこでは重力圧縮が恒常的な熱核「掘削」によって補償されます。 しかし、時間の経過とともに、星の中心部で熱核融合の燃料となる物質の濃度は低下します。 力のバランスが崩れ、コアは急速に収縮および凝縮し始めます。 「燃え尽きた」外側の層も収縮し始め、実際にコアに落ちます。 ここでは、歴史はさまざまな方法で進むことができます-特に、星の質量に依存します。 そのような経路の1つは、シェルがコアに落下して超新星になることによる星の爆発です。 爆発の間に、星は最終的に直径20〜30 kmに縮小し、巨大な密度を獲得します。 結果として生じるオブジェクトは、時空がイベントの地平線の近くで曲がるほど強い重力場を持っています。 これは、たとえば光線の曲率で明らかにする必要があります。
シュワルツシルトのビルコフの定理によれば、球形の黒い星のイベントホライズンの
R = 2GM / c 2 、ここでGは重力定数、Mは星の質量、cは光速です。
したがって、太陽がブラックホールに変わるには、直径を6 kmに圧縮する必要があります（1,392,000 kmではなく）。 ご存知のように、そのような新生児の黒い星は信じられないほどの密度を持っています。 ただし、質量が増加すると密度が低下し、この依存性は非線形になります。 「通常の」黒い星が「核から核」状態に圧縮されると、銀河団の核である質量10 5 -10 10の超大質量ブラックホールは、私たちに知られている最も普通の物質に匹敵する密度を持ちます。 たとえば、10億太陽質量のBH（これは、重量の記録保持者からはほど遠い！）の密度は、空気の密度のわずか10倍である約18.5 kg / m 3になります。
超巨大ブラックホールの例：
射手座A *（射手座A *）は 、私たちから26,000光年のところにあります。 おそらく、この超巨大ブラックホールは天の川銀河の中心です。 質量-約400万ソーラー。 密度は鉛の密度の約100倍です。
M84は、おとめ座にある巨大な銀河で、私たちから5,500万光年離れた場所にあります。 ここでは、超巨大ブラックホールのジェットの動作の例を見ることができます。
NGC 6240 、核融合の過程における超大質量ブラックホールのバイナリシステム。 これまでのところ、そのような場合に何が起こるかについての確固たる仮説はありません。たとえば、 星と超巨大ブラックホールの衝突とは対照的です。 宇宙で最も強い重力波が発生するのは、大規模なブラックホールの合併中です。
もう少し理論
ブラックホールへの落下はどのように見えますか？ ロジックは、特定のオブジェクトが落下すると、ある瞬間にイベントホライズンの暗闇を越えて消えることを示唆しています。 しかし、これはそうではありません。 イベントの水平線に近づくと、オブジェクトは半径方向に伸び、横方向に圧縮されます。 戻りのないポイントに到達すると、極端に細長いオブジェクトはスローダウンしてフリーズします。 これは、光学範囲内を含む放射がイベントホライズンから抜け出すことができないという事実によるものです。 落下体自体については、無限の時間膨張に関連して主観的に落下することは決してありません。
スティーブン・ホーキングによる最近の研究は、量子物理学の観点から