ブラックホールとブラックホールがぶつかったら、どうなるの?専門家に聞いてみた

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  • author Ryan F. Mandelbaum - Gizmodo US
  • [原文]
  • そうこ
ブラックホールとブラックホールがぶつかったら、どうなるの?専門家に聞いてみた
Illustration: Angelica Alzona(Gizmodo US)

ねぇ、どうなるの? どうなっちゃうの?

ブラックホール。何がなんだかよくわからなくても、この言葉を聞けばとりあえず「終わった…」と思います。すべてを吸い込む宇宙の掃除機。Wikipediaを読むと、ブラックホールとは「極めて高密度かつ大質量で、強い重力のために物質だけでなく光さえ脱出することができない天体」とあります。さらに、名だたる偉人科学者の名前がズラっとでてきて、さすがブラックホールだなと妙に納得してしまいます。

さて、ブラックホールとブラックホールがぶつかったらどうなるんでしょう? 強大な力ですべてを飲み込むブラックホールは、ブラックホールも飲み込むの? どっちがどっちを飲み込むの? それとも飲み込みあいっこするの? 両方が飲み込まれた後には何が残るの? 考えてもさっぱりわからないので、専門家に聞いてみました。

ブラックホールとブラックホールがぶつかったら、どうなるの?

Imre Bartos氏の見解

フロリダ大学のアシスタント・プロフェッサー、物理学者、LIGO科学コラボレーションのメンバー

ブラックホール同士が接近した場合、融合して、より大きな1つのブラックホールとなります。そして、新たに生まれたこの大きなブラックホールの半径は、もとあった2つのブラックホールそれぞれの半径を足したもの。ブラックホール融合は、宇宙空間にとっては2適のしずくがおちるようなもの。


2つのブラックホールが近づくことで、膨大な重力波をうみだします。ブラックホールの質量の数%は、重力波として放出されるでしょう。


2015年、近い位置にある2つのブラックホールが観測されました。技術発展にともない、今後数年間は、実際に衝突するまで常に何かしら新たな発見があることと思います。互いに近づき、衝突するまでどのような宇宙的プロセスがあるのか、まだまだわかりません。ブラックホールが宇宙の粒子加速器としてどう働くのか? アインシュタインの一般相対性理論は正しいのか? ブラックホールの衝突によって人類の大きな疑問の答えが見つかるかもしれません。宇宙がどのように膨張しているのか、それを知るヒントにすらなるかもしれないのです。


Sabine Hossenfelder氏の見解

フランクフルト大学(FIAS)の理論物理学者、量子重力理論に関するブログ・書籍の著者

ブラックホールで最も特筆すべき点は、無形で非物質的だということです。ブラックホールとは、何事も逃れることができない宇宙空間の歪みです。


とっても単純に言えば、ブラックホールは球形です。2つのブラックホールが接近すれば、この球が融合し、より大きな1つの球となります。融合したあとは、落ち着くまでにしばらく時間がかかるでしょう。融合するにも、安定するにも、重力波を放出します。重力波のシグナルは、融合したブラックホールに関する情報をもたらすだけでなく、特殊な状況下において宇宙空間がどう応対するかを我々が見極められる機会にもなります。アインシュタインは正しかったのか? 近いうちに、私たちはそれを知ることになります。


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Image: SXS(NASA)


Oliver Jennrich氏の見解

欧州宇宙機関の基礎物理ミッション科学者、レーザー干渉計宇宙アンテナ(LISA)の重力波研究職員

重力波を放出し、1つの大きなブラックホールとなります。でも、そんな一言で語れることではありません。そもそもの始まりは、太陽と地球のように、2つの星がお互いに軌道するところから。特定の状態になり得れば、2つの星はブラックホールとなり周回を続け、衝突に向けだんだんと近づいていきます。このためには、エネルギーを低下させる必要がありますが、ブラックホールがエネルギーを低下させる唯一の方法は、重力波を放出すること。そこで周回するたびに、2つのブラックホールは重力波を放出し、軌道をせばめていきます。近づけば近づくほど、重力波の放出はより効率的になります。つまり、放出する重力波がより大きくなることで、軌道の縮小がより早くなるということです。


2つのブラックホールが衝突してうまれたブラックホールの大きさは、元の2つの大きさを足したものよりも数%小さくなります。とはいえ、ブラックホールは巨大で、太陽の何百万倍もありますから、数%小さくなっても、膨大巨大なエネルギーには変わりありません。ブラックホール融合は、宇宙で最もパワフルな現象です。宇宙全体にあるパワー(ここでは、放出されるエネルギーの意)よりもっと大きなパワーを生み出します。しかし、その強大なエネルギーが与える影響は、非常に小さなもの。ブラックホール融合で放出される重力波がもたらすことといえば、太陽と地球間の距離を水素原子の直径ほど縮めるくらいのことでしょう。


LIGOやVIRGOのような地上重力波検出器は、ブラックホール融合時に放出される重力波を、最大で太陽の30倍までなら検出することができます。融合の最終段階では、ブラックホールは光の速さの60%程度の速度で移動し、その結果、重力波の振動数は100ヘルツから300ヘルツほどになります。もっと大きなブラックホールを観察するには、より低い周波数を観測する必要があります。


この周波数は、地球上では、地震や天候、人の動きなどさまざまなノイズにかき消されてしまうので、レーザー干渉計宇宙アンテナ(LISA)は、宇宙からの重力波を3機の宇宙船(互いに200万km離れている)を使い、30ミリヘルツから0.1ヘルツの周波数で検知しているのです。


Jillian Bellovary氏の見解

クイーンズボロコミュニティ・カレッジのアシスタント・プロフェッサー、理論天体物理学者

2つのブラックホールが衝突すると、1つの巨大なブラックホールとなります。巨大ブラックホールの大きさは、もとあった2つを足したサイズよりも少し小さくなります。その理由は、一部が重力波として放出されるからだと、レーザー干渉計重力波観測所(LIGO)の観測で明らかになっています。


未観測ではあるものの定説としては、融合後、巨大ブラックホールは、衝撃を受け高速で一定方向に進むということ。この衝撃によるスピードや進む方向は、融合前の2つのブラックホールの性質しだい。


私の研究では、この衝撃がどれほどのものなのかがとても重要になってきます。銀河系中心から飛び出して、はじっこに追いやられるほど? それとも銀河系そのものを飛び出すほどの衝撃?


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