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2010年7月26日 (月)

ブラックホール

ブラックホールは、重力が強く、光さえも抜け出せない時空の領域のことを指し、その中心に特異点が存在する。大質量の恒星が超新星爆発した後、自己重力によって極限まで収縮することによって生成したり、巨大なガス雲が収縮することで生成すると考えられている。ブラックホールの境界は、事象の地平面と呼ばれる。一般相対性理論では、厳密にはブラックホールは、『時空の他の領域と将来的に因果関係を持ち得ない領域』として定義される。数式上は、すべての物質を呑み込むブラックホール解と相反するものとしてホワイトホール解が存在する。

ブラックホールの周囲には非常に強い重力場が作られるため、ある半径より内側では脱出速度が光速を超え、光ですら外に出てくることが出来ない。この半径をシュヴァルツシルト半径と呼び、この半径を持つ球面を事象の地平面(シュヴァルツシルト面)と呼ぶ。ブラックホールそれ自体は不可視だが、ブラックホールが物質を吸い込む際に降着円盤を形成するので、そこから放出するX線やガンマ線、宇宙ジェットなどによって観測が可能である。
ブラックホールは単に元の星の構成物質がシュヴァルツシルト半径よりも小さく圧縮されてしまった状態の天体であり、事象の地平面の位置に何か構造があるわけではない。よってブラックホールに向かって落下する物体は事象の地平面を超えてそのまま中へ落ちて行く。実際には、有限な大きさを持つ物体は強力な潮汐力を受けるため、事象の地平面に到達する前に素粒子レベルで破壊されてしまうと考えられる。

一方、ブラックホールから離れた位置の観測者から見ると、物体が事象の地平面に近づくにつれて、相対論的効果によって物体の時間の進み方が遅れるように見える。よってこの観測者からは、ブラックホールに落ちていく物体は最終的に事象の地平面の位置で永久に停止するように見える。同時に、物体から出た光は赤方偏移を受けるため、物体は落ちていくにつれて次第に赤くなり、やがて可視光から赤外線、電波へと移り変わって、事象の地平面に達した段階で完全に見えなくなる。

ブラックホールの中心には、密度、重力が無限大である特異点がある。そこでは時空の性質を記述するアインシュタインの一般相対性理論が成り立たないため、特異点の性質その他を従来の物理学を用いて議論することはできない。(ウィキペディアより)

ブラックホール by NHKスペシャルより①
http://www.youtube.com/watch?v=OAoxRTznqmM

ブラックホール by NHKスペシャルより②
http://www.youtube.com/watch?v=LFRtiZVkqyo

ブラックホール by NHKスペシャルより③
http://www.youtube.com/watch?v=Epn7XkwWvtQ

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