NASAが超大質量ブラックホールのスケール感が分かる素晴らしい動画を公開

masapoco
投稿日 2023年5月6日 14:38
nasa smhb compared

NASAは、太陽質量の実に1000億倍となる超大質量ブラックホールが、どれだけの広さの宇宙空間に影響を及ぼすのかを示す新たなアニメーションを公開した。

超巨大ブラックホールは、人間が理解できる最も重い物体でも、宇宙空間にある最も小さなブラックホールよりも何桁も重いので、その大きさは想像を絶する。

NASAは、重さの違いやブラックホールの “影”の大きさをよりわかりやすくするために、既知のブラックホールと、私たちがこれまで見た中で最も重い天体である太陽を比較した、魅力的なアニメーションを作成した。

私たちの太陽は1太陽質量(太陽は宇宙の他の大きな天体の基準となる測定値)であり、将来的にブラックホールにはなり得ない。恒星がブラックホールになるには、太陽の約3倍から10倍の質量が必要となる。つまり、宇宙空間にある恒星質量のブラックホールは、太陽系で最も重い天体の少なくとも3倍の重さを持つことになるのだ。

これらの恒星質量のブラックホールは、実は太陽の大きさに比べてかなり小さい。NASAのアニメーションでは、最初に比較されるブラックホールは、太陽とほぼ同じ大きさである、矮小銀河J1501の超巨大ブラックホールであり、その質量が、なんと10万太陽質量もあることが明らかにされている。

このブラックホールは、太陽と同じ大きさである事から、このブラックホールを我々の太陽と置き換えたときにこの太陽系にもたらす影響を考える事が容易になる。地球から太陽を見上げると、J1601のブラックホールの事象の地平線の影に代わって見える太陽円盤が、太陽の10万倍の重さの物体を我々の母系の真ん中に置き換えてしまえば、結果、地球が壊滅的なダメージを受けることは明白であり、我々でも想像可能な範囲の事象だ。

カメラが引き、太陽系の全域にわたって映し出すと、そこから一気に重力の井戸を下り、小惑星帯やガス惑星の外側の軌道など、おなじみの領域にある他の既知の超巨大ブラックホールも見えてきます。カイパーベルトに到達する頃には、660億太陽質量という驚異的な重さを持つ、現在知られている中で最大の超巨大ブラックホール「TON 618」が現れる。それでも、少なくとも物理的には太陽系の中にある。この質量では、ブラックホールのシュヴァルツシルト半径は1,300天文単位以上となる。ちなみに、冥王星の軌道は太陽から約40天文単位離れている。これは、太陽系の何百倍もの大きさの範囲飲み込むことになる。

メリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センターの理論家Jeremy Schnittman氏は、今週のNASAの声明の中で、「直接測定、多くはハッブル宇宙望遠鏡の助けを借りて行われたが、100以上の超巨大ブラックホールの存在を確認しました。どうやったらこんなに大きくなるのでしょうか?」と、述べている。

中性子星やブラックホールの合体によって生じる時空の微妙な揺らぎを、超長距離のセンサーに向けてレーザーを照射して測定する重力波望遠鏡の新展開に、その答えがあるかも知れない。

そのため、NASAは欧州宇宙機関(ESA)と共同で、レーザー干渉計宇宙アンテナ(LISA)プロジェクトを進めている。このプロジェクトでは、地球上の重力波検出器の驚くべき感度を活かし、宇宙空間に3つの発光センサーをさらに離して設置することで、その感度をさらに高めることを目指している。その結果、超巨大ブラックホールの衝突にも対応できる望遠鏡が完成する。

「2015年以来、地球上の重力波観測所は、これらのイベントが生み出す時空の小さな波紋のおかげで、数十太陽質量のブラックホールの合体を検出しています。超巨大ブラックホールの合体では、より低い周波数の波が発生するため、地球上の観測所の何百万倍もの大きさの宇宙観測所を使って検出することができます」と、NASAの天体物理学者Ira Thorpe氏は述べている。

TON 618のような超大質量ブラックホールでは、その超重量だけが特別な特徴ではない。

TON 618は、これまで検出された中で最も遠い超巨大ブラックホールのひとつで、観測可能な宇宙の中で最も古い天体のひとつに数えられている。研究者たちは、いつかLISAや他の装置で、宇宙初期によく見られたと推測される超巨大ブラックホール衝突の重力波を測定できるようになることを期待している。


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