ブラックホールは見えない

質問

ブラックホールは何でも吸い込むらしいですが、
出口はないのでしょうか、満腹すればいずれトイレに…また将来はどうなっていくのでしょうか…１）
、「光をもでてこられない」とのことですが、ある番組でX線観測装置では見える
ようなことを言っていました。X線は観測できるのに、なぜ光は出てこられないか？…２）
辞書では、”光も電波も電磁波である”とあり、X線は電磁波ではないのでしょうか？…３）
よろしくお願いします。

回答No.6

kagakusuki · ベストアンサー

>出口はないのでしょうか

　出口は無いと考えられています。
　理論的にはブラックホールの出口としてホワイトホールというものがあるかも知れないとはされていますが、あくまであるかも知れないというだけの話で、理論的にも実在するかどうかは不明であり、また実際に発見された例は皆無です。

【参考URL】
　ホワイトホール - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9B%E3%83%AF%E3%82%A4%E3%83%88%E3%83%9B%E3%83%BC%E3%83%AB

>満腹すればいずれトイレに…

　ブラックホールが物質やエネルギーを吸い込みますと、吸い込んだ分だけブラックホールの質量と直径が増しますので、満腹したり、吸い込み切れなくなったりする様な事はありません。

>また将来はどうなっていくのでしょうか

　他の回答者の方がホーキング放射によるブラックホールの蒸発について触れておられますが、ホーキング放射の強さはブラックホールが大きければ大きいほど弱いものとなります。
　普通のブラックホールは恒星が重力崩壊する事によって生じるものです。
　そして、恒星並みの質量を持っているブラックホールでは、そのホーキング放射の量は極めて僅かなものに過ぎません。
　現在の宇宙の状況では、ホーキング放射によってブラックホールから出て行くエネルギーよりも、宇宙マイクロ波背景放射によってブラックホールに流入するエネルギーの方が圧倒的に多いため、現在の処はブラックホールは大きくなり続けています。

【参考URL】
　ホーキング放射 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9B%E3%83%BC%E3%82%AD%E3%83%B3%E3%82%B0%E6%94%BE%E5%B0%84

　ブラックホール - Wikipedia > 6 蒸発
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%83%E3%82%AF%E3%83%9B%E3%83%BC%E3%83%AB#.E8.92.B8.E7.99.BA

　宇宙マイクロ波https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%87%E5%AE%99%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%AF%E3%83%AD%E6%B3%A2%E8%83%8C%E6%99%AF%E6%94%BE%E5%B0%84背景放射 - Wikipedia

　但し、宇宙は膨張し続けており、現在の知見では将来的にも宇宙は収縮する事は無く膨張し続けると考えられています。
　宇宙が膨張するという事は、宇宙の空間が増えるという事であり、空間が増えれば同じ容積の中に存在しているエネルギーの量は薄まって少なくなりますから、宇宙マイクロ波背景放射も弱くなります。
　そのため、何兆年後の事になるのかは判りませんが、現在の宇宙の年齢など全く比べ物にならないほど遥かな未来においては、宇宙マイクロ波背景放射が極端に弱くなる事によって、宇宙マイクロ波背景放射によってブラックホールに流入するエネルギーよりもホーキング放射によってブラックホールから出て行くエネルギーの方が多くなる時代がやって来ます。
　その後更に長い年月(無量大数年単位の時間)をかけて、ブラックホールは小さくなって行くと考えられています。
　ブラックホールの質量が小さくなる程、ホーキング放射は強くなりますので、質量がヒマラヤ山脈程度にまで小さくなったブラックホールは強く発光する事になり、更に更に小さくなりますと、そのの放射の強さは爆発的と言えるほど激しいものとなります。
　只、ブラックホールが蒸発を続けた結果に関しては、完全になくなってしまうという説と、何らかの理論上の制限によって素粒子レベルの質量を持つ極端に軽いブラックホールが残る(ホーキング放射もそこで止まる)という説の両方があり、どうなるのかはっきり判っている訳ではありません。

>ある番組でX線観測装置では見えるようなことを言っていました。

　それはブラックホールそのものが見えるという事ではありません。
　ブラックホールの近くに恒星などが存在していて、その恒星などを構成しているガスなどの物質がブラックホールの重力によって引きはがされブラックホールに落ちて行く際には、ブラックホールの周囲を旋回しながら落ちて行くのですが、その旋回するガスの渦の事を膠着円盤と言います。

【参考URL】
　降着円盤 - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%99%8D%E7%9D%80%E5%86%86%E7%9B%A4

　そして渦の内側と外側では回転速度が異なるためガス同士の間で摩擦が起きます。
　脱出速度が高速を超えているブラックホールに落ちて行くのですから、ブラックホールの近くにまで落ち込んで来ているガスの速度は光速に近い速度となりますので、その摩擦も非常に激しいものとなり、摩擦熱によってガスは超高温に加熱されます。
　物体の温度が高ければ高い程、物体が発する電磁波には短い波長の成分が多くなりますので、超高温となっている膠着円盤は強いX線を放つ事になります。
　この膠着円盤の輝きを観測する事で、その膠着円盤の中心にはブラックホールが存在する事が判るという訳であって、ブラックホール自体を見る事が出来るという訳ではありません。
　尚、ブラックホールが単独で存在していて、近くには(恒星やガス雲などといった)ガスの供給源が何もない場合には、当然の事ながら膠着円盤が形成される事はありませんので、恒星と同程度の質量を持つブラックホールがあるかどうかを、長距離から知る事は出来ません。
　只、近距離にまで近づけば、重力レンズ効果によってその背後の星々の位置関係がずれて見える様になりますので、注意していればブラックホールの位置を知る事が出来る可能性はあります。

【参考URL】
　重力レンズ - Wikipedia
　　https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E5%8A%9B%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%82%BA

>辞書では、”光も電波も電磁波である”とあり、X線は電磁波ではないのでしょうか？

　X線は電磁波の一種で間違いありません。
　先述の通り、X線を放射するのは膠着円盤の方であり、ブラックホール自体がX線を出している訳ではありません。

お礼

ありがとうございました

回答No.8

noname#212313

> ブラックホールは何でも吸い込むらしいですが、

　実はちょっとここが問題なのですが、後述します。

>出口はないのでしょうか、満腹すればいずれトイレに…また将来はどうなっていくのでしょうか…１）

　ブラックホールは光すら飛び出せない、むしろ光すら吸い込むほど重力が強い天体です。ですので、ずっと以前は周囲の物質も光も吸い込み続け、質量を増大させる一方だと考えられていました。

>「光をもでてこられない」とのことですが、ある番組でX線観測装置では見えるようなことを言っていました。X線は観測できるのに、なぜ光は出てこられないか？…２）

　ブラックホール自体の光やX線ではありません。ブラックホールが強い重力で付近の物質を吸い込み続けている場合、重力が強いために吸い込まれる物質が非常に高速になります。吸い込まれる物質同士が衝突したりもしますから、そのときに強い電磁波が出ます。

　光速度と比べてもいいくらいの速度での衝突ですので、極めてエネルギーの高い電磁波です。電磁波はエネルギーが高いほど波長が短くなります。ですので、ブラックホールは、表面（事象の地平面）より外の部分から、X線やガンマ線を出すようになるのです。

　この現象をざっくり見るなら、ブラックホールの周りのガスが非常に圧縮されたと見ることもできます。圧縮があまりにも強いので太陽と比べ物にならないくらい超高温です。そんな超高温が発するのが、太陽などよりずっと波長の短いX線やガンマ線になるのです。

　たいていのブラックホールは高速で自転しており、そのため周囲に集まって吸い込まれていく物質もブラックホールの周囲を回るようになります。ブラックホールの周りを回転しているため、平べったくなりますので、降着円盤などと呼ばれます。

> 辞書では、”光も電波も電磁波である”とあり、X線は電磁波ではないのでしょうか？…３）

　電磁波です。

　１で物質も光も吸い込み続けると申し上げましたが、ブラックホールの表面とされる「事象の地平面」の奇妙な性質のため、ちょっとややこしいことが起こっています。なお、ブラックホールとは、本当は事象の地平面が表面なのではなく、それより内側に点、またはリングになった中心にブラックホールの質量となる全ての物質が集まっています。

　しかし、事象の地平面（ブラックホールの表面）の特異な性質のため、ブラックホールの表面と言うときは、事象の地平面を指すことが多いです。

　この事象の地平面の特徴は「時間が停止している」ことです。ブラックホールの遠方から、だんだんブラックホールに近づくと、時間の進み方がだんだんゆっくりになります。さらに近づくと、時間の進み方がきわめてゆっくりになり、やがて停止します。この時間が停止するのが事象の地平面になります。

　時間がだんだんゆっくりになり、時間が停止してしまうのですから、ブラックホールに落ちていく物体は、ちょっと奇妙な動き方になります。ブラックホールに落ちていくと、当然、最初はだんだん速度を増していきます。

　ところが、あまりにもブラックホールに近づくと、時間の進み方がゆっくりになっていく効果が現われ、速度が低下するようになります。やがて事象の地平面に達すると、全く進まなくなります。

　つまり、ブラックホールの内部には、有限の時間では外からは何も落ちて行かないのです。無限大の時間が経たないと、ブラックホール内部には落ちて行けません。どんなにブラックホールに向って加速しても同じです。光も同じく、決してブラックホール内部には到達できません。

　実は、このことが恒星がブラックホールになっていくときにも、同じように現れます。恒星がどんどん収縮していくと、最も重力が強くなる恒星表面では時間の進み方がゆっくりになっていきます。事象の地平面が現われそうになると、極端に時間の進み方が遅くなります。そして、事象の地平面が現われるまでには、無限大の時間が必要になってしまうのです。

　ですので、現在発見されたと言われているブラックホールは、本当のブラックホールになりかけのものばかりです。それでも、本当のブラックホールとほぼ同じようなものにはなっていますので（光がほぼ出て来られない、きわめて強い重力等々）、ブラックホールだとして扱われています。

　仮に無限大の時間待てるとしたら、本当のブラックホールができ、ブラックホールの中へ落ちていけるのか。宇宙の寿命が無限大だとしたら（そういう可能性は大いにある）、本当のブラックホールを観測したり、ブラックホールに落ちて行けるのか。

　それはできない、と発見したのがホーキング博士になります。ブラックホールの理論的な発見は一般相対論から出てきました。一方、ミクロの分野は量子力学になります。その量子力学で、やはり奇妙なことが分かったのです。

　何もない真空でも、常に光が現われては消えるということが、至る所で起こっているというものです。正確には、光を量子化した光子で、光子のペアが生まれては（対生成）消える（対消滅）しているというものです。

　それだけなら何のことはないのですが、ブラックホール（なりかけでもよい）と組み合わせると、ちょっと面白い現象があると分かりました。

　ブラックホールの事象の地平面近くで、光子の対生成が起こると、光子のペアのうち、一つだけがブラックホールに吸い込まれてしまうというものです。すると、残った光子は対消滅することができず、外に飛び出して来ます。

　ブラックホールへ飛び込んでいった光子はマイナスのエネルギー（マイナスの質量と考えて可）になると考えられています。これがホーキング放射と呼ばれるものです。そのため、ブラックホールは光子（電磁波）を出しつつ、だんだんと質量を減らし、最後には消え去ってしまいます。ブラックホールの質量が小さいほど、ホーキング放射は激しく起こりますので、ブラックホールが消え去る瞬間だと、物凄い輝きになるでしょう。

　このことは、極めて長時間かかりますが、有限の時間で起こります。本当のブラックホールができたり、ブラックホールの中へ落ちるためには無限大の時間がかかるわけですから、本当のブラックホールができる前、あるいはブラックホールの中へ落ちていく前に、ブラックホールは消滅してしまいます。

　しかし、現在あると分かっている、あるいは理論的にあると思われるブラックホールでは、質量が大きいため、ホーキング放射は観測できるほど強くありません。ホーキング放射が観測可能になるのは、何兆年後とか、非常に遠い未来になるはずです。

お礼

ありがとうございました

回答No.7

foomufoomu

ブラックホールというと、まるで空にぽっかりと穴が開いたように聞こえますが、実は極端に重力が大きい天体のことです。
あまりにも重力が大きくて、光さえも重力を振り切ることができないため、真っ黒に見えるので(見えませんが)この名がついています。

天体なので、落ちた物質は天体の上に溜まり、どんどん重くなって、ブラックホール（＝重力圏）は大きくなっていきます。

前の回答にもありますが、物質がブラックホールに落ちる途中でX線を放出し、それを観測してブラックホールが存在している、と考えられています。

ホーキング放射は、きわめて小さな(直径数ミリ以下、質量は太陽の数十分の1以下)ブラックホールで表面化する(小さいほど放出が大きい)現象で、すでにそんなブラックホールは大半が爆発して消失しているのではないかと考えられています。
もっと大きなブラックホールでは、前述の肥大化のほうが速く進みます。

回答No.5

chie65536（@chie65535）

１）他の回答の通り「ホーキング放射（ベッケンシュタイン・ホーキング輻射とも呼ぶ）」により、質量が減っていきます。

２）「Ｘ線観測では見える」理由は「ブラックホールに何かが吸い込まれる時に、吸い込まれる前の段階でＸ線が放射されているから」です。

そして、ブラックホールの「ぎりぎり外」で放射されるＸ線は「もの凄い勢いで放射される」ので、ブラックホールの重力に負けず、吸い込まれずに済むので、外から観測できるのです。

以下の動画
https://www.youtube.com/watch?v=ZjvJyjDoq5M
では「ブラックホールからＸ線が出る」と説明していますが、それは「シロウトに判りやすく説明する為」であり、正確ではありません。

ブラックホールからは、Ｘ線であっても、出る事はできません。

３）Ｘ線も電磁波の一種です。

お礼

ありがとうございました

回答No.4

mojya2012

義務教育も受けていない私が、想像だけで答えましょう。
（立派な仮説でも、所詮仮説は仮説ですし）

１）
ブラックホールは見えてます。
私達はすでにブラックホールの渦の中にいるのですから・・・
中心部がどうなっているか？
私たちのいるこの世界がすでに中心部ともいえます。
中心部に行くとどうなるのか？
なにも起きません。
中心から外れた人が勝手に大変なことだと思っているだけです。

２）
ジャリをふるいにかけると落ちてくるものは砂です。
それと同じ様に考えれば単純です。
ブラックホールもふるいの様に光をひっかけてしまうのでしょう。
しかし、砂(X腺)はふるいにかからずに通り過ぎることができるのでしょう。

３）
電磁波です。２）で示した通り波長で区別されるだけのことです。

回答No.3

bancho18

１）ブラックホールの将来は？
　　→ブラックホールにも寿命があります。時間の経過とともに、少しずつ小さく、軽くなっていき、最後は消えてなくなります。これは「ホーキング放射」と呼ばれてます。かの有名なホーキング博士により論理的に導き出されました。

２）なぜブラックホールはX線で観測できるのか？
　　→光でさえ出てこられないので当然X線も出て来れません。だから、直接的には観測できません。でも間接的に観測できます。なにか物がブラックホールに吸い込まれる時、まっすぐ落ちていくのではなく、台風や竜巻のように回転しながら落ち込んでいきます。このときの激しい回転で膨大な摩擦熱が発生し、同時にＸ線を放出します。それを観測しているんですね。お、あの熱いところの中心はブラックホールじゃね？って感じです。

３）X線は電磁波ではないのでしょうか？
　　→ご指摘のとおり、電磁波の一種です。

ブラックホールに近づくにつれて、時間の進みは遅くなり、最終的には時間は止まります。
でも、ブラックホールにも寿命があって・・・。相対性理論って面白いですね。

回答No.2

Mokuzo100nenn

1．出口はありません。
ただし、トンネル効果でイベントホライゾンの外側に影響を及ぼすことでエネルギーを外部に出すという仮説（ホーキング放射）があるようです、、、。
質量のあるものや電磁波は何も出てこないが、エネルギーだけを放出するという仮説の様です。
この現象が起こるにはブラックホールが置かれた環境の温度に影響するので、現在の宇宙背景放射の温度（2.7K）では温度が高すぎます。宇宙が膨張し続けた結果として、数兆年の未来において宇宙背景放射の温度が絶対零度に近づくと、その時代にはホーキング放射でエネルギーを放出できるブラックホールが増えてくるそうです。

2．番組による捏造か、視聴者の誤解と思います。

3．X線は電磁波ですから、ブラックホールから出ることはありません。

回答No.1

bullbear36

勿論、ブラックホールからは光もＸ線も出て来れないので姿を直接観測出来ないです。
ブラックホールが存在すると周囲の物質がブラックホールに吸い寄せられて行くので
その過程でＸ線等が発生するのでそれを観測する事で間接的にブラックホールの存在を
『見る』と言う意味と思われます。

お礼

ありがとうございました