【宇宙】ブラックホールの謎
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高校全学年
ブラックホールは宇宙にあるとても不思議な天体です。そんなブラックホールについてゼロから学びこのノートを通してもっと深いところまで知ってもらえたら嬉しいです!
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No. Date ブラックホールの謎 ●ブラックホールとは? 1915 一般相対性理論・動は時空のゆがみ /「アルバート・アインシュタインが言ったやつ!」 R-1Rgasu Ruv-1/2/Rgat 81G. = C4 [ブラックホール」 「簡単に説明するね。左の図を見て! 真ん中にある球体は質量をもつ物体だ。 その周りになにか別の物質がくるとその周りへ 進路が変わる。このように引き寄せられることで 重力が発生するんだ!」 アインシュタイン大程式がこれに関係あるんだ!」 に言うと、質量が大きいほど来た物体を大きく曲 げることができる!そしてこの方程式を使うと ブラックホールが存在するかもしれないということが 分かるんだ!」 重力が強すぎてすら出られない、重くて小さな物体。 ・光すら出られなくなる境目を事象の地平面という。 質量 ・事象の地平面 「みんなブラックホールはなんでも吸い込む穴だ。 て思っているけど、実は中心に質量があってその 周りに入ったら出られなくなってしまう範囲が あるだけ。この事象の地平面をブラックホール と呼ぶんだ! ちなみに事象の地平面の半径は質量に比例 するよ。」 どこまで圧縮すればブラックホールになるか 太陽質量 →3km ・地球質量→1cm KOKUYO LOOSE-LEAF ノ-F836BK 6mmruled x36 lines
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No. Date. ※「理論上はあると分かったけど本当あるのかな?」 「何か写真でも見たことあるよ。」 何」「写真もそうだけど他にも証明する方法はあるよ。そこで1つの観測データを 見てみよう!」 エックス線強度 時間(秒) ブラックホール ブラックホール 左図ははくちょう座×-1(天体)のエックス線の 観測データである。 「はくちょう座×-1という天体は大量のエック ス線を放射しているんだ。このグラつから 数十秒の間にミリ秒スケールでの激し い変動が観測できた。」 「これがブラックホールと何の関係があるのさ!」 「これはブラックホールと恒星の連星だと分かる!」 れんせい 白「まずは連星だけど、連星という のはお互いが共通重心のまわりを 回る天体のことだよ。」 ガス 5 ガス 恒星 ○共通 2人で手をつないで回転 しているイメージ! 「お互いに回転している間に恒星のガスがどんどんブラックホールに吸い込ま れていく。そのときガスとブラックホールの摩擦で熱が発生するんだ。それで エックス線が出てくる。」 ●天の川銀河とブラックホール ◎「よく天の川銀河の中心にはでかいブラックホールがあるってきくよ。」 「そうだね。なんでそういわれているのかというと、25年間恒星の運動を追って みたらみんな何かを中心に回っていることが分かったんだ。それで調べてみ たら何もないところに太陽の400万倍の質量があることが分かった! そんなに大きい質量はブラックホールしかありえないからね。ちなみに、特に 質が巨大なブラックホールを超巨大ブラックホールというよ。」 「そうだったんだ。ちなみに何もないってなに?ブラックホールは目に見えるでしょ? 写真で見たことがあるよ。」 何「それについて説明していくね。」
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ブラックホールの写真について No. Date 「みんなもオレンジ色に光っているブラックホールの写真を見たことがあるんじゃない かな?実はあれは楕円銀河M87の中心部にある超巨大ブラックホールの 映像なんだ。」 楕円銀河M87 超巨大ブラックホールブ ・ジェット ◎「ジェットって何?」 「ジェットついうのは、光速に近 速さで噴き出すガスやプラ ズマの流れのこと。よくブラック ホールの絵を描くとき何か 出してない?」 コレ 「光る仕組みははくちょう座X-1のときと同じだよ。光ることで中心は影になる。 暗い いもの自体がブラックホールではないんだよね。」 ブラックホールのでき方 ・恒星質星ブラックホール 太陽の数十倍の質量 天の川銀河に数十万個 → 燃料を使い 圧縮する 果した恒星 . ・超巨大ブラックホール 不明 「太陽の100万倍~10億倍の質量 銀河の中心に1個 「超巨大ブラックホールのでき方は謎なんだ!」 「そうなんだよね。 でもある研究の仮説があるからそれを見てみよう!」 KOKUYO LOOSE LEAF ノ-F836BK 6mm ruled×36 fines
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No. Date 超巨大ブラックホールの謎 「銀河は数億年に1回、衝突・合成するのは知っているかな? 銀河自体ものすごい質量だから互いに引っぱり合ってくっつこうとするんだ!」 ◎ 「ブラックホール同士が引きつけられて連星系になる。そしてやがて二つは合体 して超巨大ブラックホールに成長していくんだ!」 「すごい!本当にそうなんじゃないの?」 「決めつけるのはまだ早いよ。本当かどうか検証する必要があるんだ。」 何「研究者は重力波というもの注目してブラックホール同士が連星を組んでいる ということを証明しようとしているんだ。 重力波というのは空間の歪みの波だよ。連星になっているとすると空間 の歪みが変動する。それを検出できれば証明ができるんだ!」 「じゃあ今すぐその波を検出しちゃえばいいんじゃないの?」 「そんなに簡単なことじゃないんだよね…」 「検出するためにパルサータイミングアレイというのをやろうとしているんだ」 ◎「なにそれ?」 • パルサー 時間 ▲パルサーBO301+19の電波観測データ 何「まずはパルサーについて説明するね。 パルサーは天体の種類で、ジョスリン・ ベルという人が発見したんだ。この 天体は周期的に電波が波くなる 性質をもっている。この1回ごとの信号 をパルスとよんでいるんだ。今は 3000個発見されているよ。」 波の強さ
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No. Date 電波 ハーパルサー 何「もっとパルサーについて詳しく説明するね。 パルサーは高速回転する中性子星だよ。 中性子星は中性子という粒子でできている星。 小さいけど質量が大きいんだ。 半径:10km 質量・太陽質量 ビーム状に電波が放射して回転するとき 地球に向く一瞬だけ光って見えるんだ。 自転の速度はほぼ一定だから周期的になる! 周期的に光るから宇宙の時計とも呼ば れているんだよ。」 「パルサーのことは分かったけどそれでどうやって重力波が分かるの?」 「下の絵を見て。」 パルサー + 地球 + + + + + + + 重力波 AAAAA MA 「普通パルスは周期的なはずだけど、重力波によって、パルスがすれてしまう。 それを利用して動波を検出しようということ。」 ◎「なるほどこれで分かるのか」 地球 。 ○ 何「改めて、パルサータイミングアレイについて説 明すると、たくさんのパルサーを使って宇宙 空間を伝わる動波をとらえることだよ。 でも、まだ誰も成功していないんだよね…」 「そうなの?」 「ずれといってもそんなに大きなずれじゃな くて、ナノ秒とかすごく一瞬だけずれると かなんだよね。だからそのずれを観測 できるとても精密な機械が必要なんだ よね。」 KOKUYO LOOSE - LEAF ノ-F836BK 6mm ruled×36 lines
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字がとってもきれいで読みやすいですね!天体についての理解が深まるノートの投稿をありがとうございます😊