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ブラックホールのなぞを子どもにもわかりやすく説明。

ブラックホール、子供にもよくわかる

天の川銀河にあるブラックホールの撮影に成功した、というニュースが話題となりました。

ブラックホールは、あらゆるものを吸い込みなす、なぜそんなことが起こるのでしょう?吸い込まれたものはどうなるのでしょう?ブラックホールを撮影することがなぜすごいことなのでしょう?

今回はブラックホールについて、子どもにもわかりやすく紹介したいと思います。

東京工業大学 科学技術創成研究院の笹田真人特任助教を含む国際研究チーム「イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)・コラボレーション」は、地球規模の電波望遠鏡ネットワークを使って、天の川銀河の中心にある巨大ブラックホールの撮影に初めて成功しました。今回の結果は、この天体が間違いなくブラックホールであることを示す揺るぎない証拠であり、多くの銀河の中心に存在すると考えられている巨大ブラックホールの働きについて貴重な手がかりを与えるものです。
東工大ニュース https://www.titech.ac.jp/news

重力とは何だろう?

ブラックホールとは?

ブラックホールを説明する前に、重力についてお話しします。

重力とは、物体と物体が引き寄せあう現象のことを言います。ニュートンが木から落ちるリンゴを見て、発見したと言われています。ニュートンのような天才的な科学者でないかぎり、普通の人が地球上で重力を気にすることはありません。

たとえば、投げたボールが地面に落ちたり、つまずくと地面に倒れてしまいますが、重力のために起こったとは考えないでしょう。しかし、これらはボールや人間が、地球の重力に引き寄せられたことによる現象なのです。

宇宙飛行士が月面で飛び跳ねている映像を見たことはありますか?月の重力が地球の1/6しかないからできることです。反対に太陽の重力は地球の30倍と言われています。重力は場所によって、その大きさは違っています。

そして、ブラックホールは太陽よりとてつもなく強い重力を持つ天体なのです。

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光の速度でも抜け出せないブラックホールの重力

ブラックホールの仕組みを知りたい小学生

空に向かってボールを投げると、かならず地面に落ちてきます。しかし、地球の重力の影響を超えたスピードでボールを投げると、重力を抜け出し地球の外に飛び出すことができます。

ロケットはこの原理で、宇宙に飛び出します。地球より重力の強い天体から脱出するには、さらに速い速度が必要となります。

ブラックホールは非常に重力が大きいために、あらゆる物を引き寄せ、吸い込んでしまいます。宇宙で最も速いのは光です。ブラックホールは光の速度でも脱出できないほど強い重力を持っています。そのため、光でさえもブラックホールの重力から脱出できずに、吸い込まれてしまうのです。

光が地球に届かないため、人間にはブラックホールを直接見ることができません。光がないから黒い穴のようにしか見えない。それで、ブラックホールと名づけられたのですね。

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ブラックホールはどうやってできる?

蒸発?密度?

巨大な星が一生を終えるときに、超新星爆発と呼ばれる爆発が起きます。

その後、自分の重さに耐え切れなくなり、重力崩壊という現象によって縮小しブラックホールになります。非常に大きなエネルギーを小さな入れ物に詰め込んだ、とても小さくとても重い存在です。

どれぐらい小さくて重いかと言うと、地球を直径1cmに詰め込んだぐらいと言えば、イメージできるでしょうか。

ブラックホールに吸い込まれたらどうなるの?

ホワイトホールから脱出

こんな不思議なブラックホールに入ってみたいと思う人もいるかもしれません。人間がブラックホールに入るとどうなるのでしょうか?

小さなブラックホールであれば、重力によって人間の体は引き伸ばされてバラバラになってしまいます。しかし、超巨大ブラックホールだと、引き伸ばす力が弱いため、知らないうちにブラックホールに入ってしまうそうです。

いずれにせよ、ブラックホールに入ると地球に戻ってくることはできないので、おすすめできないですね。

ブラックホールに入ると真ん中にある特異点と言われる場所に張り付いてしまうと考えられていますが、よくわかっていません。

ブラックホールに入った物質は、ホワイトホールという天体から放出されるという説をとなえる科学者もいます。まだまだ、ブラックホールはなぞだらけなのです。

NASAがブラックホールが星を飲み込むシミュレーション動画を公開しています。星が引き伸ばされながら、ブラックホールに吸い込まれる姿がイメージできます。

NASAはブラックホールの音も公開しています。

「宇宙に音がないという誤解は、ほとんどの空間が真空のため音波が伝わらないことにあります。銀河団はガスが多いため、実際の音を拾いました」 この音トラックは、増幅され他のデータとミックスされたものだという。 NASAは、「意図的に不気味にした訳ではありませんが、この音はかなり増幅されており、他の音は光のデータから解釈しました」と説明。 「科学をより多くの人と共有したいという願いが、このようなデータを可聴化する動機の一つになっています」と加えた。
https://news.yahoo.co.jp/articles/60cd9b036976cc62ffdb96333297104e19d6affd

どのようにブラックホールを撮影したのか?

ブラックホールとは?子供向け説明

ブラックホールは真っ暗ですが、ブラックホールの周りでは吸い込まれたガスが明るく光っています。撮影には、電波を観測する電波望遠鏡が使われます。ただし、ブラックホールを観測するには、月面に置いたテニスボールを地球から見分けられるくらいの能力が必要となります。

そこで、地球上の8つの電波望遠鏡をつなぐ、「イベント・ホライズン・テレスコープ」という国際協力プロジェクトが生まれました。日本の研究者も参加しています。8つの電波望遠鏡をつなぐことで、地球サイズの電波望遠鏡と同じ性能を発揮することができるのです。

このプロジェクトで5日間、同時にブラックホールと思われる天体を観測しました。その結果、2019年にM87銀河にあるブラックホールの撮影に成功しました。続いて、今年5月には私たち太陽系のある天の川銀河のブラックホールも撮影できたのです。

この画像は「イベント・ホライズン・テレスコープ」のサイトでも公開されています。

※イベント・ホライズン・テレスコープ
Astronomers Reveal First Image of the Black Hole at the Heart of Our Galaxy | Event Horizon Telescope

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地球から最も近いブラックホール

ロケットと子供と月

へびつかい座の方向約1560光年の距離に位置にブラックホールが見つかりました。現在見つかっているなかで地球から最も近いブラックホールです。

見つけたのは、アメリカのハーバード・スミソニアン天体物理学センターおよびドイツのマックス・プランク天文学研究所のKareem El-Badryさんたちの研究チーム。

NSF(アメリカ国立科学財団)のNOIRLabが運営するハワイ島にあるGemini North(ジェミニ・ノース)望遠鏡を使って発見し、Gaia BH1(ガイアBH1)と命名しました。

*Astroarts
https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/12748_gaia_bh1
*ハーバード・スミソニアン天体物理学センター https://www.cfa.harvard.edu/
*マックス・プランク天文学研究所 https://www.mpa-garching.mpg.de/
*アメリカ国立科学財団:https://www.nsf.gov/
*NOIRLab:https://noirlab.edu/public/
*ジェミニ展望台:http://www.gemini.edu/

宇宙にはたくさんの謎がある

怖いもの見たさ

ブラックホールは100年前に物理学者が存在を予測しました。そして、現代の天文学者によって実際に観測することができました。

宇宙の謎は、物理学者や数学者が新たな発見を行い、天文学者が観測によって明らかにしてきました。一人の科学者では解明できない研究なのです。

ブラックホールだけでなく、宇宙にはまだまだわからないことがあります。ブラックホールに興味を持った子どもたちが、宇宙の謎を解明する一人になってくれると良いですね。

【参考文献】
須藤靖「宇宙は数式でできている-なぜ宇宙は物理法則に支配されているのか」(2022年、朝日新聞出版)
村山斉「宇宙はなぜ美しいのか」(2021年、幻冬舎)
コズミックフロント「見えない天体!ブラックホールの闇に魅せられて」(2022年、NHK・BS)

この記事を書いたのは

大学の先生

あっくんパパ
2児の父
京都大学大学院修了
博士(工学)

外部サイト宇宙食を作ってみよう。親子で作れる宇宙ラーメンレシピ