ブラックホールとダークマターについて

質問

ブラックホールとダークマターについて

ブラックホールは超圧縮されてできた凄まじい引力を持つ星というのは存じておりますが、その超圧縮っていうのがピンときません。
物質というのは原子？分子？からできていて、それ以上の小さくはできないと言われていますよね。
太陽が何万分の１？（具体的な数字はわかりません）かに圧縮されるとブラックホールになるといわれてますが、そもそもそのサイズまで圧縮できるのかどうか。
この矛盾が納得できません。

ダークマターについて
ダークマターはブラックホールと同様に宇宙空間において直接観測できないが、何かの物質がなければ星の運動が説明できないからという消極的に説明されてる感があるのですが、それが実は観測方法が正確ではないということが考えられないのでしょうか？

ついでに、木星が恒星に成り得たという話がありますが、
仮に木星が生成過程で恒星になっていたとするならば、土星やその他のガス性の星は存在していなかったのでしょうか？
恒星に近い位置であるならば、火星や地球など岩盤を持たないガス性の星は形成されないと聞きましたがどうでしょう。

最後に馬鹿な質問をお願いします。
木星のような星はどこまでガスなのですか？
星の中心はなんなんでしょうか？
地球から核爆弾を飛ばしたら簡単に引火したり変形するんじゃないですか？

回答No.8

kagakusuki · ベストアンサー

>木星が恒星に成り得たという話がありますが、

　恒星に成るためには、太陽の0.08倍以上の質量を持っている必要があると言われています。
　木星の質量は太陽の0.000955倍しかありませんから、恒星に成るためには、単純計算で現実の木星の８４倍もの質量が必要になります。
　ですから、木星は恒星には成り得ないと考えられています。

>仮に木星が生成過程で恒星になっていたとするならば、土星やその他のガス性の星は存在していなかったのでしょうか？

　恒星の近くではガス惑星が出来ないと言われている理由は、２つあります。
　１つは、恒星の近くでは、公転軌道を一周した際の移動距離が、外惑星と比べて短いため、原始惑星系円盤から惑星が誕生する時に、狭い範囲から物質を集める事になり、水素やヘリウムを重力で繋ぎ留める事が出来る程、大きく成長するためには、惑星の材料が足りないからです。
　２つ目の理由は、恒星の近くでは光や恒星風が強いため、その圧力（風圧のようなものです）でガスが軌道から吹き飛ばされてしまい、惑星がガスを集める事が出来なくなるためです。
　木星が恒星になったとしても、土星の公転軌道が小さく成る訳ではありませんから、土星の材料が足りなくなる事はないと思われます。
　又、木星は太陽から約７億８千万km離れた所を公転しているのに対して、土星は約１４億３千万kmという、木星の倍近く離れた所を公転しています。
　つまり、木星と土星の軌道は、木星と太陽の間と同じくらい離れています。
　木星が恒星になったとしても、太陽よりも軽い木星の、光や恒星風の強さは、太陽よりもずっと弱くなるものと思われます。
　木星という実例がある以上、木星の公転軌道くらい太陽から離れた所であれば、ガス惑星が誕生し得る事は、言うまでもありません。
　ですから、より軽い木星が恒星に成ったとしても、土星がガス惑星に成る事が、阻害される事はないのではないかと思います。

お礼

遅れましてすみません。
ありがとうございます。

回答No.10

kagakusuki

>地球から核爆弾を飛ばしたら簡単に引火したり変形するんじゃないですか？

　木星の水素の大部分は、原子核に陽子が１個だけある、軽水素（普通の水素）です。
　軽水素が核融合を起こすためには、熱運動で２個の陽子が衝突した瞬間に、片方の陽子が陽電子を放出して中性子になる必要があるのですが、陽電子放出が起きる事は希なため、軽水素の核融合は、極めてゆっくりとしか進みません。

【参考URL】
　陽子-陽子連鎖反応 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%99%BD%E5%AD%90-%E9%99%BD%E5%AD%90%E9%80%A3%E9%8E%96%E5%8F%8D%E5%BF%9C

　恒星の内部で軽水素の核融合反応が持続しているのは、大量の軽水素が、あらかじめ核融合反応が起こり得る程の高温になっているため、低い確率でしか起きない反応でも、恒星全体では、それなりの量（全体からすれば極々一部）の軽水素が反応しているからだと考えられています。
　もし、軽水素の核融合が速やかに進行するのであれば、恒星は核融合が起き始めると同時に爆発してしまうと思われます。
　核爆弾を木星に投下しても、木星の極一部が短時間加熱されるだけですから、軽水素の核融合で熱が発生する速度が、熱が散逸する速度を上回る前に、温度が下がってしまうため、木星に点火する事は出来ないと思われます。
　尚、彗星が木星に衝突した場合、解放されるエネルギーの量こそ多いものの、衝突時の温度が熱核反応を起こすにはあまりにも低温に過ぎるため、シューメイカー・レビ第９彗星が木星に衝突した際に核反応が起きなかったのは当然の事で、それとは比較にならない程の高温になる核爆発でも、木星に点火出来ない事の証拠にはなり得ません。
　例えて言えば、１個のライターと１トンの熱湯を比較すると、エネルギーの量が多いのは、１トンの熱湯の方ですが、紙に熱湯を１トン浴びせかけても、紙が燃え出さなかったからといって、ライターの炎では紙に火が点かないという事にはならないのと同じ事です。

お礼

非常に分かりやすい例えでした。ありがとうございます。

回答No.9

kagakusuki

>木星のような星はどこまでガスなのですか？

　ガス惑星の質量によって変わって来ると思います。
　以下のサイトに拠りますと、木星の中心から半径１２％の所までは、岩石と氷から成る核となっていて、その上に半径の８１％の所までは、高圧力のために水素が金属化した金属水素の層があると推測されているようです。

【参考URL】
　木星型惑星の構造と形成
　　http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_04/jspf1995_04-277.pdf

　尚、核を除いた木星の主成分は水素とヘリウムですが、水素は-239.9℃よりも高い温度において、12.8気圧以上の圧力を加えると、超臨界流体と呼ばれる気体でも液体でもない状態になります。
　ヘリウムは-267.9℃、2.26気圧以上で超臨界流体になります。

【参考URL】
　水の話
　　http://www.con-pro.net/readings/water/doc0042.html

　超臨界水中でのソフトマター、コロイド科学
　　http://www.xbr.jp/yokohama-cu/deguchi/research/scw/index_j.html

　12.8気圧とは、木星においては表層近くの気圧に過ぎませんから、厳密に言えばガスは木星の表面近くにしかない事になります。

お礼

ありがとうございます。

回答No.7

Tacosan

や, CNO は低温じゃうまくいかないと思いますよ＞#6. あれは効率が温度にかなり鋭敏に依存するので, ちょっと温度が高くなるとどんどんエネルギーを出す代わりにちょっと温度が低くなるとだめだめだから. 理論的な発生エネルギーは T^10 とか, その辺のオーダになるんじゃなかったかな. ちなみに太陽質量程度だと p-p の方が優勢ですが, もうちょっと大きいと CNO の方が主な反応になります.
あと, ブラックホールには「事象の地平線」そのものはあるから, その大きさを表す指標としての「ブラックホールの半径」は考えられるのでは＞#5. ほかにも「無限赤方偏移面」ってものもあるけど.

お礼

ありがとうございます。

回答No.6

yappe

ついでに、木星が恒星に成り得たという話がありますが、

いろいろな天体が見つかっています
木星くらいの大きさの恒星　重さは木星の10倍
木星の10倍くらいの大きさがあるのに自ら輝いていない天体

木星も後3倍くらい大きかったら恒星になっていたかもしれませんね
ただそうなる前に　ホットジュピター　になって　内惑星をことごとく飲み込んで　太陽の一部になったかも

太陽系のでき方は　従来のように単純なものではなく
いくつものファクターが絡み合い　そのひとつでも狂うと　現在のような姿にはならない
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9B%E3%83%83%E3%83%88%E3%83%BB%E3%82%B8%E3%83%A5%E3%83%94%E3%82%BF%E3%83%BC

　巨大惑星は　ガスだけでできているわけではない　　原料は彗星などと同じような割合で構成されたものだ　その中には岩石もある
それらが集合したのに　ガスだけにはならないはずだ
内惑星は　太陽により　揮発性成分原料を吹き飛ばされ　少なくなった領域で形成された　または　微惑星の段階で吹き飛ばされた　　太陽などの加熱が原因でガスは吹き飛ばされるから　ガス惑星は形成されてもガス惑星ではなくなる　　　

ガリレオ衛星を見れば分かるのでは?
木星に近いほど　水や揮発性物質がが少なく陸地が多い
遠い過去には暖かな時代があったと考えられている
熱源は放射性物質の崩壊熱　位置のエネルギーの解放などだ

恒星が恒星でいられるのは　内部で核融合の持続的な反応が起きているから
木星程度の大きさでは　過去に一瞬なりとも核融合が起きたとしても　発生した熱が周辺を伝わり　冷えてしまうと同時に　膨張して密度が低下して　持続的な反応とはなりえない　　重さが足りないのだ

SFでは　木星に　粒子加速器で炭素の同位体を大量に中心部に打ち込み　核融合反応を起こさせて　木星系に移住するというようなプロジェクトが語られているものがある
太陽のように輝かせるのではなく　赤外線天体としてだが・・・
核融合のP-P反応には　高温高圧が必要だか　もうひとつの核融合反応は比較的低温でも進行するようだからな

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A0%B8%E8%9E%8D%E5%90%88
ＣＮＯ反応

木星の内部　誰も見たことはないのて　理論だけですか
温度と圧力　物質の構成から
ガス　固体の水素　中心は岩石　重粒子? 　とか

お礼

ありがとうございます。

回答No.5

noname#160321

よく考えると余計分からなくなるのですが、
＃３のお答えで、
>ブラックホールの半径はその質量に比例します
と書いてありますが、ブラックホールの物性は「質量」「電荷」「角運動量」しか無く、直径はありません。
事象の地平の直径についてもよく分かりません。
角運動量を持つと「降着円盤」が出来ますが、これには多分直径はあるでしょう。でもこれはブラックホールの「付随物」でしかありません。

お礼

ありがとうございます。

回答No.4

noname#112747

いいえ、物質は原子以上に分解できます。
それを素粒子と呼んでいます。
おなじみのところでは電子とか光（光子）とかがあります。
光は毎日見ているのでイメージしやすいでしょう。

私たちが着ている服も量子物理学的には光のようなものが
集まった結果なのだそうです。なんかロマンチックですね。

素粒子はもう100年も前から研究が続けられています。
ダークマターも素粒子です。
素粒子は大変に小さいので見つかってないものも多くあります。

中には別宇宙と出たり入ったりしている素粒子もあるとか・・・？？
ちょっと私もよく分からないのですが、
それを見つける実験が去年ヨーロッパでやる予定でした。
しかし機械が故障して計画は棚上げになっています。

お礼

ありがとうございます。

回答No.3

kagakusuki

>物質というのは原子？分子？からできていて、それ以上の小さくはできないと言われていますよね。

　この場合の「それ以上の小さくはできない」とは、「圧縮出来ない」という意味ではなく、「それ以上、細かく分割すると、その物質ではなくなる」と言う意味です。
　例えば、１個の水分子は、２個の水素原子と１個の酸素原子で構成されていますから、水素原子と酸素原子に分ける事が出来ますが、水素原子と酸素原子はどちらも水ではありません。
　同様に、原子は原子核と電子に分ける事が出来、原子核は陽子と中性子に分ける事が出来ますが、分けてしまうと元の原子や原子核ではなくなります。
　量子力学によりますと、電子、陽子、中性子等の物質を構成している種類の素粒子は、複数の粒子が同じ状態（同じ場所で同じ量子量を持つ事）になる事は出来ません。
　素粒子にはスピンと呼ばれる量子量があり、電子、陽子、中性子等の場合では、スピンの値が＋1/2と－1/2の２通りしか取れません。（１とか０、0.8にはならない）
　又、原子核の周りを回っている電子は、回る事の出来る軌道が限られていて、原子核の近くであっても、何処でも自由に回る事が出来る訳ではありません。
　複数の電子が同じ状態を取る事は出来ませんから、同じ原子核の周りの同じ軌道を回る事が出来る電子の数は、スピンの値が＋1/2の電子と－1/2の電子の２個だけです。
　原子核に近くなる程、電子が回る事が出来る、軌道の本数は少なくなります。
　原子を圧縮すると言う事は、電子を原子核の近くの軌道に押し込むと言う事です。
　原子核の近くの全ての軌道が電子で満員になると、それ以上原子の直径を縮める事が出来なくなります。
　この状態を縮退と言い、電子の縮退した原子によって出来ている物質の事を縮退物質と言います。
　又、電子の縮退した原子がそれ以上圧縮出来ないと言う事は、圧縮に対抗する圧力が内部存在している事と同じ状態ですから、この圧力の事を縮退圧と言います。
　恒星は、自身の重力で収縮しようとする力が働いていますが、内部で起きている熱核反応のエネルギーで、膨張しようとするプラズマの圧力によって、その大きさを保っています。
　核反応のエネルギーではなく、電子の縮退圧によって重力に対抗している天体の事を白色矮星と言います。
　縮退圧にも限界はあります。　白色矮星の元となった恒星の質量が太陽の約８倍以上の場合、白色矮星の質量が、太陽の1・44倍以上になり、中心部の圧力が電子の縮退圧の限界を超えてしまい、電子は原子核の周りを回る事が出来なくなり、電子は原子核に吸収され、原子核中の陽子と融合して中性子になります。
　原子の中の電子と陽子の数は同じですから、電子が原子核に吸収されると、中性子だけになります。
　そして、今度は中性子の縮退圧によって、重力に対抗するようになります。
　このような星の事を中性子星と言います。
　中性子だけで出来ている星は、星全体が１個の原子核のようなものです。（正確には表層の圧力が低い部分には電子の縮退物質があります）
　縮退した原子であっても、電子と原子核の間には空間がありましたが、中性子星は星の大部分が原子核ですから、そのような空間はありません。
　中性子の縮退圧にも限界はあります。
　もし、無限に高い圧力に対抗出来る物質があるとすれば、その物質を構成している粒子の硬さは無限大と言う事になります。
　無限に硬いものの内部を伝わる音の速度は無限大になりますが、これは情報が光速を超える速度で伝わる事は無いとする、特殊相対性理論に反します。
　中性子の縮退物質が、更に圧縮されるとどうなるのかは解ってはいませんが、圧縮する事が出来る事は間違いありません。
　尚、ブラックホールの半径はその質量に比例しますので、質量が重くなる程、密度は小さくなりますから、理論上は物質を高密度に圧縮しなくとも、ブラックホールになる事は可能です。
　例えば、太陽の1億3500万倍の質量を持つブラックホールは、火星の公転軌道よりも大きく、小惑星帯に近い半径を持ち、密度は水と同程度です。

【参考URL】
　ブラックホールについて詳しく教えてください。｜ANo.7｜質問するならOKWave
　　http://okwave.jp/answer/detail/q5349416/a15660097.html

お礼

遅れましてすみません。
ありがとうございます。

回答No.2

noname#160321

>木星が恒星に成り得たという話
かつてシューメーカー・レヴィー９という彗星が木星を直撃し欠片一個が水爆の100万倍というエネルギーを発しましたが、木星大気圏に穴が九つ空いただけで、いっこうに核融合は起きませんでした。もちろん莫大なエネルギーがプラズマ(イオン化した原子、電子の流れ)の放射となって現われました。惑星研究者は泣いて喜びました。
＃１のお答えの中の中性子星ですが重力が大きくなったために、星を構成する全ての原子で全ての電子がその原子核に落ち込むことによって生じます。

お礼

遅れましてすみません。
ありがとうございます。

回答No.1

potachie

> 物質というのは原子？分子？からできていて、それ以上の小さくはできないと言われていますよね。

いいえ。これは単なる先入観です。
「物質というのは」がキーです。物質は、分子と原子からできていますが、その分子と原子が存在できないような状態というのが存在します。近くは太陽や宇宙空間です。
分子は原子から、原子は原子核と電子からできています。
太陽では、高温と高圧という高エネルギー状態から、電子は原子核に捕まらず、裸の原子核となっています。太陽は水素とヘリウムからできているというとき、分子でも原子でもなく、原子核がある、という状態ということ。もちろん、「物質」ではありません。
宇宙空間は、あまりに希薄すぎて、原子と原子が出会って分子ができる機会が乏しいため、分子がほとんどありません。ココも「物質」はあまり存在しないということですね。

太陽の数倍の重量の物質があった場合、重力によってその原子核も壊れ、原子核の材料の素粒子が集まっただけ、という状態になります。これが中性子星です。
さらに多くのモノが集まると、重力はさらに大きくなり、素粒子も支えられなくなり、さらに潰れます。そして、その重力によって中のモノが一切外に出られなくなる状態、これをブラックホールと呼びます。

「物質」というところに、先入観があること、ご理解いただけました？
物体と物質は、同じ概念じゃないんですね。

他の疑問も、似た言葉の定義の混同があるところに混乱があるように思います。地球上での生活は、「地球」にある条件が前提ですが、宇宙の話をするときには、その地球上にある条件に縛られると分からなくなります。
宇宙論の学者さんは、宇宙を３次元であるという前提から疑って理論を組み直しています。先の「物質の化学」も、同じですよね。宇宙では核化学が主になりますが、地球では水爆での爆縮くらいしかないですよね。

お礼

そうですね。
基本的な間違いをしてました。
ありがとうございます。