(曖昧さ回避)」をご覧ください。イベントホライズンテレスコープにより撮影されたM87中心部の超大質量ブラックホール。リングの直径は約1000億km、質量は太陽の約65億倍と推定されている。[1][2]なお、この撮影画像は8基の電波望遠鏡が数日間にわたり収集した撮影データを基に作成された、所謂合成画像であることに注意されたし。天の川を背景として太陽質量の10倍となるブラックホールから600km離れた視点を想定し、理論的な計算を基に作成したシミュレーション画像。光はブラックホールより出られないため真っ暗で、周囲の光が重力でねじ曲げられる様子が描かれている。Kraus、2004年[1])ブラックホールの重力レンズ効果によって、背景の銀河の像が歪められている状態を想像したアニメーション動画。hole)とは、極めて高密度で、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である。外部リンク名称編集ウィクショナリーに関連の辞書項目があります。hole」という呼び名が定着するまでは、崩壊した星を意味する「collapsar(コラプサー)」などと呼ばれていた[3]。space」と題するアメリカ科学振興協会の会合を紹介する記事である[4][5][6]。一般には、アメリカの物理学者ジョン・ホイーラーが1967年に初めて用いたとされるが[7]、実際にはその年にニューヨークで行われた会議中で聴衆の一人が洩らした言葉をホイーラーが採用して広めたものであり[5]、またホイーラー自身は言葉の考案者であると主張したことはない[5]。特徴編集ブラックホールはその特性上、直接的な観測を行うことは困難である。他の天体との相互作用を介して間接的な観測が行われている。X線源の精密な観測と質量推定によって、いくつかの天体はブラックホールであると考えられている[8]。周囲は非常に強い重力によって時空が著しくゆがめられ、ある半径より内側では脱出速度が光速を超えてしまう。この半径をシュヴァルツシルト半径、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。この中からは光であっても外に出てくることはできない。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がある訳ではなく、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中へ落ちて行く。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ため、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[9]。特異点」も参照ブラックホールには密度、重力が無限大である重力の特異点があるとされる。連星系を形成するブラックホールは降着円盤を形成する場合がある。円盤は膨大な熱とX線を放射する。多くのものは宇宙ジェットを伴うが、ジェットの生成メカニズムははっきりとは分かっていない。ブラックホールの観測において非常に重要である。理論史編集カール・シュヴァルツシルトブラックホールの理論的可能性については、18世紀後半に先駆的な着想があった[11]。ピエール=シモン・ラプラスは、アイザック・ニュートンの提唱した光の粒子説とニュートン力学から、光も万有引力の影響を受けると考え、理論を極限まで推し進めて「十分に質量と密度の大きな天体があれば、その重力は光の速度でも抜け出せないほどになるに違いない」と推測した[11]。イギリスのジョン・ミッチェルも同様の論文を発表した[12][11]。その後、光の波動説が優勢になり、この着想は忘れられた[13]。現代的なブラックホール理論は、アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論が発表された直後の1915年に、理論の骨子であるアインシュタイン方程式をカール・シュヴァルツシルトが特殊解として導いたことから始まった[10][13]。シュヴァルツシルト解は、時空が球対称で自転せず、さらに真空であるという最も単純な仮定で一般相対性理論の厳密解を導くことで得られた。アインシュタイン本人は一般相対論で特異点が有り得ることを渋々認めていたものの、それはあくまで数学的な話であって現実には有り得ないと考えていた[14]。1939年、ロバート・オッペンハイマーとその大学院生のハートランド・スナイダーが、アインシュタインが成功を収めることになった流儀を真似て一つの思考実験を行った[16]。二人は、大質量の星が燃え尽き、突然自重で潰れる時に何が起きるのか自らに問いかけてみたのである[16]。当時、太陽のような軽い星の場合は地球サイズで鉄の密度にまで収縮することが分かっており、より重い星はさらに収縮が進み直径10マイル(16km)程度のボールに収縮すると、フリッツ・ツビッキーとウォルター・バーデが仮説を立てていた[17]。オッペンハイマーらは、当時の物理学界を賑わせていた中性子星存在の議論の中で、恒星の崩壊後にできる中性子星の質量には上限があり、超新星爆発の後に生成される中性子の核の質量がその上限よりも重い場合、中性子星の段階に留まることなくさらに崩壊する重力崩壊現象を予言した[18]。彼は、ここまで研究を進めたところで原子爆弾開発を目的とするマンハッタン計画の責任者としてロスアラモス研究所の所長に任命され、ブラックホール研究からは遠のくことになった。ジョン・ホイーラーほとんどの物理学者はこうした説明を何一つとして真剣に受け止めていなかったが、フレッド・ホイルは別だった[17]。突飛な説明をすることにかけては一流のホイルは、太陽の何百万倍もの超星(スーパースター)は熱核反応ではなく重力によって電波銀河にパワーを供給していると提唱した。超星ほどの巨大な物質の集まりを自重で崩壊させてみれば、その質量の90%までがエネルギーに変換され、クエーサーの燃料となり得ると指摘した[19](これはシュミットがクエーサーの正体を暴く前のことだった[19])。物理学者ジョン・ホイーラーは特異点と重力崩壊の問題を考え続けていた[19]。彼は計算の結果、物質とその本質をなす様々な属性(例えば、物質と反物質との違いというような、物理法則を支えている根本的な属性)は、特異点で単純に消えてしまうと確信した[20]。