ブラックホールの種類
ブラックホールには、その質量に基づいて、恒星、中間、
恒星質量ブラックホールは 小さいが致命的
天の川には約1億個の黒が含まれています非常に大きな星の崩壊の結果として形成された穴。これらの恒星ブラックホールのそれぞれは、私たちの太陽の約10倍の重さがあります。これらのブラックホールのほとんどは、ブラックホールにゆっくりとこぼれる普通の星のすぐ近くにあります。このガスがブラックホールに向かって落下すると、強い重力と摩擦によって加熱されます。ブラックホールの近くで、ガスは摂氏1000万度の典型的な温度に達します。ブラックホールからのこれらのX線源は、軌道を回るX線天文台を使用して、天の川全体だけでなく、近くの銀河でも簡単に観測できます。
ブラックホールが完全にあることは注目に値しますは、その質量と回転速度を決定する2つの数値で表されます。電子のような素粒子よりも単純なものは何も知りません。 CFAの科学者は、これらの基本的なパラメーター（質量とスピン）の両方を12を超える恒星ブラックホールについて測定し、これらのブラックホールとそのシステムのすべての側面を研究しました。
宇宙に遍在しているにもかかわらず、ブラックホールは非常に不思議な物体のままです。アインシュタインの1916年の相対性理論と1926年の量子力学の理論を組み合わせた量子重力理論が必要です。弦理論などを研究している物理学者による数十年にわたる理論的努力にもかかわらず、そのような理論は存在しません。量子重力理論の創造は、ニュートン、アインシュタイン、その他の巨人の業績と同等の物理学の頂点となるでしょう。
ミディアムマスブラックホール（IMBH）-真ん中に詰まっている
恒星等級のブラックホールのクラス間そして、超大規模な中間体がもう 1 つあるはずです。いずれにせよ、論理の法則に従って。恒星質量ブラックホールと超大質量ブラックホールの違いを生む中型のブラックホールが存在するはずではないでしょうか?これらの宇宙の平均質量は、太陽質量の約 1 億から 100 万倍の範囲にありますが、正確な範囲は人によって異なりますが、中間質量ブラック ホール (IMBH) と呼ばれます。そして、天文学者らは宇宙全体に点在するいくつかの有力な IMBH 候補を発見しましたが、それらが実際に存在するかどうかの問題はまだ未解決です。しかし、証拠は蓄積され始めます。
存在の決定的な証拠ですがIMBHはとらえどころのないままであり、過去数十年にわたる多くの研究により、これらのそれほど大きくない、あまり小さくないブラックホールの存在を示唆する興味深い証拠が明らかになっています。
スピッツァー宇宙望遠鏡によって最近発見された2つの離れた無塵クエーサーなどの若いブラックホールのイラスト。 （画像提供：NASA / JPL-Caltech）
たとえば、2003年に、研究者はESAのXMM-ニュートン宇宙天文台は、近くのスターバースト銀河NGC 1313にある2つの強力で異なるX線源を特定します。ブラックホールは、接近しすぎて高く噴出する物質を激しく食い尽くす傾向があるためです。 -エネルギー放射線、それらはX線放射線の最も強力な既知の源の1つです。 NGC 1313でX線の発生源を特定し、それらが定期的にどのようにフレアするかを研究することにより、2015年に、研究者はNGC 1313X-1として知られる銀河の想定されるブラックホールの1つの質量を制限することができました。彼らは、これが太陽の質量の約5,000倍であると推定しており、これにより、中間質量ブラックホールの質量範囲に自信を持って配置できます。
同様に、2009 年に研究者らは次のことを発見しました。中型のブラックホールが存在するというさらに強力な証拠。銀河ESO 243-49の端から約2億9000万光年離れたところに、研究チームはHLX-1（超高輝度X線源1）と呼ばれる信じられないほど明るいX線源を観察しましたが、これには光学的に相当するものはありません。これは、観測された物体が単なる星や銀河ではないことを示唆しています。さらに研究者らは、HLX-1のX線の特徴が時間の経過とともに変化することを発見した。これは、近くの星がブラックホールに近づくたびにブラックホールが明るくなり、ガスが供給されてX線の短いバーストが発生し、その後ゆっくりと消えていくことを示唆している。離れて。観測されたフレアの明るさに基づいて、研究者らはブラックホールの最小質量を太陽の質量の約500倍と計算したが、その重さを太陽質量の2万倍に近づけるという推定もある。
現在、重力波検出器LIGOとおとめ座は協力して20個の恒星質量ブラックホールを発見しました。これらは合体して20から80個の太陽質量のブラックホールを形成します。 LIGO-VirgoはBH（100を超える太陽質量）を検出していませんが、研究者は将来の検出について楽観的です。
プランクブラックホール（マイクロブラックホール）
プランクブラックホールは、プランク質量に等しい可能な限り最小の質量を持つ架空のブラックホールです。
このようなブラックホールの物質の密度は、約 1094 kg/m3 で、おそらくこれが達成可能な最大質量密度です。このようなスケールの物理学は、まだ開発されていない量子重力理論によって記述されなければなりません。このような物体は、(おそらく) 可能な最大質量、つまりマキシモンを持つ仮想の素粒子と同一です。
プランクブラックホールは非常に特徴的です相互作用の小さな断面。中性のマキシモンと物質との相互作用の断面積が小さいため、現時点で宇宙の物質の重要な（または主要な）部分がマキシモンで構成されている可能性があり、観測と矛盾することはありません。特に、マキシモンは見えない物質（暗黒物質）の役割を果たす可能性があり、その存在は現在宇宙論で認識されています。
超大質量ブラックホール-巨人の誕生
小さなブラックホールは宇宙に生息していますが、いとこ、超大質量ブラックホールが支配的です。これらの巨大なブラックホールは、太陽の数百万倍、さらには数十億倍も大きいですが、直径はほぼ同じです。このようなブラックホールは、天の川を含むほぼすべての銀河の中心にあると考えられています。
科学者はどれほど大きいかわからないブラックホール。これらの巨人が形成されると、銀河の中心に豊富に存在する物質である塵やガスの塊を周囲に集め、さらに大きなサイズに成長させることができます。
超大質量ブラックホールはその結果かもしれない何百、何千もの小さなブラックホールの合体。大きなガス雲も、その崩壊と質量の急速な増加の原因となる可能性があります。それとも、星団の崩壊、つまり星のグループが一緒に落ちることでしょうか。超大質量ブラックホールは、大量の暗黒物質の蓄積から発生する可能性があります。これは、他の物体に対する重力の影響を通じて観察できる物質です。しかし、暗黒物質は発光せず、直接観察できないため、何でできているのかはわかりません。
新しいクラスのブラック ホール - 「超超大質量」または巨大ブラック ホール
ですから、私たちがすでに知っているように、私たちの宇宙には巨大なブラックホール。私たちの銀河の中心にある超大質量ブラックホールの質量は400万太陽ですが、銀河のブラックホールのように非常に小さいです。多くの銀河系ブラックホールの質量は10億太陽質量であり、知られている中で最も巨大なブラックホールの質量は約700億太陽と推定されています。しかし、ブラックホールはどれくらい大きくなることができますか？
ブラックホールを本当に巨大にするために彼女は人生の初めに大量の物質を吸収しなければなりません。それがゆっくりと物質を消費する場合、周囲の銀河は所定の位置に落ち、宇宙は拡大するので、ブラックホールはそれ以上の物質を捕らえることができません。しかし、ブラックホールが急速に大量の物質を飲み込むと、物質は非常に熱くなり、他の物質をはじく傾向があり、ブラックホールが成長しにくくなります。
最大の黒人の観察に基づく穴とブラックホールの形成のコンピュータシミュレーションによると、銀河系ブラックホールの質量の上限は約1,000億太陽質量であると考えられています。しかし、新しい研究は、質量制限がはるかに高い可能性があることを示唆しています。
科学者の仕事では、銀河系ブラックホールにはおそらく数千億の太陽質量制限があり、より大きなブラックホールは宇宙の初期段階で独立して形成された可能性があります。これらの原始ブラックホールは、最大の銀河系ブラックホールの100万倍以上の質量になる可能性があります。研究チームはそれらを信じられないほど大きなブラックホールまたはSLAB（途方もなく大きなブラックホール）と呼んでいます。
原始ブラックホールのアイデアは長い間存在していました。それらは、暗黒物質から、太陽系で仮想の9番目の惑星をまだ発見していない理由までのすべての解決策として提案されています。しかし、理論モデルは、原始ブラックホールが初期宇宙の小さな密度変動から形成された恒星質量ブラックホールよりもはるかに小さいことを示唆しています。しかし、この新しい研究は、暗黒物質や他の要因がそれらのいくつかで巨大な成長を引き起こす可能性があることを示唆しています。
初期の宇宙が暗闇に富んでいたなら物質、特に弱く相互作用する巨大粒子（WIMP）として知られる暗黒物質の形態の場合、原始ブラックホールは暗黒物質を消費して急速に成長する可能性があります。暗黒物質は光と強く相互作用しないので、閉じ込められた暗黒物質はその成長速度を遅くするために多くの光や熱を放出しません。その結果、これらのブラックホールは、宇宙が冷えて銀河が形成される前でさえ、巨大であった可能性があります。 SLABの質量の上限は、WIMPの暗黒物質がそれ自体とどのように相互作用するかによって異なります。したがって、SLABを検出すると、暗黒物質を理解するのに役立ちます。
人類はどのようにブラックホールを使うことができますか？
相対性理論はそれを予測します回転するブラックホールはエネルギー源として使用できます。 1969年、ロジャーペンローズはこれを行うためのプロセスを説明しました。回転するブラックホールの周りにエルゴ球があります-事象の地平線に先行する領域です。エルゴ球のすべての物体はブラックホールとともに回転します。
ペンローズプロセス（メカニズムとも呼ばれます）ペンローズ）は、理論的にはブラックホールをエネルギーを抽出する手段と見なしています。このような抽出は、ブラック ホールの回転エネルギーが事象の地平線の内側ではなく、外側、つまりカー時空の領域に位置する場合に発生する可能性があります。このエルゴスフィアでは、あらゆる粒子は必ず時空の回転と同時に機関車モードで移動します。そこにあるすべての物体はそれによって運び去られます。この場合、エルゴスフィアに入る物質は 2 つの部分に分割されます。たとえば、物質は 2 つの部分で構成されており、爆発物やミサイルを発射して半分を押し広げることによって分離される場合があります。 2 つの物質が分離するときの運動量は、一方がブラック ホールから脱出し (「無限に逃げる」)、もう一方が事象の地平線を越えてブラック ホールに落ちるように配置できます。慎重に配置すると、物質の脱出部分は元の部分よりも大きな質量エネルギーを持つことができますが、落下部分は負の質量エネルギーを受け取ります。勢いは保たれますが、その結果、このプロセスから当初の意図よりも多くのエネルギーを抽出できるようになります。さらに、その違いはブラックホール自体によってもたらされます。したがって、このプロセスにより、ブラックホールの角運動量がわずかに減少しますが、これは物質へのエネルギーの移動に相当します。失われた衝動は、抽出されたエネルギーに変換されます。
ペンローズ過程は可能性を示していますブラックホールからエネルギーを得るが、それは良い実用的な方法ではない。その実装には、2つの新生児粒子が光速の半分を超える速度を持っている必要があります。このようなイベントの予想される頻度は非常にまれであるため、大量のエネルギーを取得することはできません。
したがって、科学者は積極的に他のメカニズムを探しています。たとえば、スティーブンホーキングはブラックホールが熱放射によってエネルギーを放出できることを示しました。エネルギーを抽出するもう1つの方法は、電磁相互作用に基づくBlanford-Znaekプロセスです。
コロンビア大学のLucaComissoとAdolfoIbanez大学のFelipeA。Asenjoは、彼らの記事でペンローズ過程の別の代替案について説明しています。
ブラックホールは高温プラズマ、粒子に囲まれています磁場があります。回転するブラックホールからエネルギーを得るための新しいメカニズムの基礎は、エルゴ球内の磁力線の再接続です。この場合、ブラックホールは外部磁場内にあり、スピンが大きく（a〜1）、周囲のプラズマが強い磁化を持っている必要があります。必要な特性は、例えば、長短のガンマ線バーストの結果として形成されたブラックホールと活動銀河核の超大質量ブラックホールによって所有されています。
磁気リコネクションはプラズマの一部を加速して穴の回転方向。他の部分は反対方向に加速し、事象の地平線を超えます。ペンローズメカニズムの場合と同様に、エネルギーの放出は、吸収されたプラズマが負のエネルギーを持ち、加速されたプラズマがエルゴ球から「逃げる」場合に発生します。違いは、負のエネルギーを持つ粒子の形成には、磁場のエネルギーの散逸が必要なことです。ペンローズが説明したプロセスでは、粒子の慣性のみが役割を果たします。
科学者が言うように、記述されたプロセスの効率は150ですパーセント。これは、このプロセスにより、実装に費やす必要があるエネルギーの1.5倍のエネルギーを得ることができることを意味します。エルゴ球から放出されたプラズマ粒子がブラックホールのエネルギーを運び去るので、100パーセント以上の効率を達成することが可能です。ブラックホールからエネルギーを抽出するための新しいメカニズムの発見により、天文学者は回転運動量をより正確に推定し、エネルギーをどのように放射するかを理解できるようになります。この発見はまだ実用化にはほど遠いです。事象の地平線を超えずに、ブラックホールに飛んでエルゴ球に何かを配置する方法を理解する必要があります。
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