【解明・宇宙の仕組み】「ブラックホール成長の秘密」まとめ

下記番組のまとめを書きます。

放送局	ディスカバリーチャンネル
番組名	解明・宇宙の仕組み S5-2「ブラックホール成長の秘密」
原題	HOW THE UNIVERSE WORKS 「Black Holes: The Secret Origin」
放送日時	2017年

目的は、「見逃してしまった人に、概要だけでもお伝えすること」です。

タイトル一覧はこちらです。

導入部より引用

互いの周りを回る２つのブラックホール。
重力に引き寄せられて接近していきついには１つに。

そしてビッグバン以来の大爆発を起こします。
その衝撃は全宇宙に伝わります。

銀河の形成に大きな役割を果たす超大質量ブラックホール。
その誕生と成長の秘密が今解き明かされようとしています。

概要

超大質量ブラックホールがどのようにしてできたのか、まだわかっていない。
いくつかの仮説が紹介されていて、おそらくこれらを組み合わせたものだろう、と結んでいる。

(1) 普通のブラックホールが恒星を飲み込んで成長した説
(2) 生まれたときから大きかった説
(3) ダークマターが関与している説
(4) ブラックホールどうしが合体した説

詳細

■ 超大質量ブラックホールとは

宇宙にある２兆個の銀河の多くには、中心に超大質量ブラックホールがある。
質量の単位は「太陽質量」。

・銀河系の中心のブラックホール「いて座A* (エースター)」
　・４００万太陽質量
　　・宇宙全体では小さい方
　　　・隣のアンドロメダ銀河のB.H.は１億太陽質量
　　　・300億太陽質量のものもある
　・いて座A*はどんどん巨大化している。
　・４０億年後、アンドロメダ銀河の超大質量ブラックホールと合体すると考えられている。

■ 超大質量ブラックホールの形成過程は謎

・仮説がいくつかある

(1)「恒星ブラックホール」が巨大化してできたとする説
　・「恒星ブラックホール」とは、太陽の２０倍以上の恒星が超新星爆発を起こした後にできる普通のB.H.のこと
　・そうだとすると中間サイズのB.H.もあるはず？
　　・中間サイズはしばらく見つかってなかったが見つかった。
　　　・B.H.が周囲の恒星を取り込んでできる。
　　　・しかし計算の結果、そのように大きくなっていっても超大質量B.H.になる時間がないことがわかった
　・食べる量にも限界があることもわかった
　　・ゲップのように噴き出して（ジェット）、周囲の物質も吹き飛ばして周囲に食べるものがなくなる。これで肥大化が抑えられる

(2) 初めから大きなB.H.が生まれたとする説
　・始まってから１０億年以内の宇宙に１２０億太陽質量のB.H.を見つけた。
　・さらに時間を遡った「第１世代の星」は質量が非常に大きくて短命だった。
　　・これがB.H.化した「クェーサー」が物質を飲み込んで発した光が今の地球に届いている
　　・クェーサーは超大質量B.H.の一種
　　　・１０数億太陽質量
　　　・どうやって短期間でそんな大質量になったのか？
　・もっと初期に、ガスの雲が恒星を経由せずに直接B.H.になったのかもしれない。
　　・ガス雲が丸くて均一で断片化せずに縮んでいく必要がある

(3) ダークマター（暗黒物質）が関係しているとする説
　・ダークマター自体も通常の物質を引き寄せるし、ブラックホールがダークマターを飲み込めるなら成長速度は上がる
　・ダークマター（WIMP）がダークスターのエネルギー源かもしれない

(4) B.H.どうしが衝突、合体したとする説
　・地球から２億光年のところに、周囲に何もないところに１７０億太陽質量のB.H.がある。
　・2015年9月に検出された重力波はB.H.どうしの衝突、合体。
　　・太陽の２９倍と３６倍⇒６２倍が誕生。
　　　・残った３倍分はエネルギーに変換された
　　・しかし数十億倍には程遠い。