アインシュタインの（再び）正しさ: 物質がブラックホールに沈む地点を発見!

の 研究者 時空の構造そのものがブラックホールの端に向かって「最後の突入」をしていることを初めて確認した。 ブラックホールの周囲のこの急落領域の観察は、オックスフォード大学物理学科の天体物理学者によって行われ、アルバート・アインシュタインの1915年の重力理論、一般相対性理論の重要な予測を検証するのに役立ちます。

オックスフォード大学のチームは、地球に比較的近い伴星を持つ連星の中の恒星質量ブラックホールを囲む領域に焦点を当ててこの発見を行った。 研究者らは、いくつかの宇宙望遠鏡で収集された X 線データを使用しました。 核分光望遠鏡アレイ (ニュースター） の NASA そして国際宇宙ステーションに設置されたもの 中性子星内部組成探査機 (より素敵な）。

このデータにより、伴星から剥ぎ取られた高温電離ガスとプラズマが、関連するブラックホールの端に最終的に突入する運命を決定することができた。 この研究結果は、ブラックホールの周囲のいわゆる沈み込み領域が、銀河系でこれまで観察された中で最も重力の影響が強い点のいくつかの場所であることを示した。

「これは、星の外縁から放出されたプラズマがどのように最終的にブラックホールの中心に崩壊するのかを初めて観察したもので、このプロセスは約1万光年離れた星系で起こる。」とチームリーダーでオックスフォード大学の物理学者は語った。 アンドリュー・マメリー。 」アインシュタインの理論は、この最終崩壊が存在すると予測していましたが、それが起こることを証明できたのは今回が初めてです。 川が滝に変わるようなものだと考えてください。これまで私たちは川を見てきました。 滝を見るのは初めてです「」。

アインシュタインの一般相対性理論は、質量を持つ物体が時空の構造そのものに歪みを引き起こし、それらが「時空」と呼ばれる単一の 4 次元実体に統合されることを示唆しています。。 重力は結果として生じる曲率から生じます。

一般相対性理論は 4 次元で機能しますが、大まかな 2 次元のアナロジーを通じて漠然と説明することができます。 引き伸ばされたゴムシートの上に質量が増加する球体を置くことを想像してください。 ゴルフボールは、ほとんど気付かないほどの小さなへこみを引き起こしますが、クリケットボールはより大きなへこみをもたらし、ボーリングボールは大きなへこみをもたらします。 これは、4 次元時空を「ディンプル」する衛星、惑星、星に似ています。 物体の質量が増加すると、物体の曲率も増加するため、重力の影響が増加します。 ブラック ホールは、この類似のゴム シート上の砲弾のようなものになります。

太陽数十個、さらには数百個に相当する質量が地球とほぼ同じ幅に押し込まれると、時空の曲率と恒星質量ブラック ホールの重力の影響が非常に極端になる可能性があります。 一方、超大質量ブラックホールはまったく別の話です。 それらは巨大で、その質量は太陽数百万個、さらには数十億個に相当し、対応する恒星の質量さえも覆い隠します。

一般相対性理論に戻ると、アインシュタインは次のように示唆しました。 この時空の湾曲は他の興味深い物理状態につながります。 たとえば、ブラックホールの境界のすぐ外側には、粒子が円軌道や固定軌道をたどることができない点が存在するに違いないと同氏は述べた。 その代わり、この領域に入る物質は光に近い速度でブラックホールに向かって沈みます。

この仮想のブラックホールシンク領域における物質の物理学を理解することは、天体物理学者の長年の目標でした。 これに対処するために、オックスフォード大学のチームは、「普通の」星を含む連星系にブラック ホールが存在する場合に何が起こるかを調べました。

2つが十分に近い場合、またはこの星がわずかに膨らんでいる場合、 ブラックホールの重力の影響により、恒星の物質が引きずり込まれる可能性がある。 この生物は角運動量を伴うため、ブラックホールに真っ直ぐ落ちることはできません。 代わりに、ブラック ホールの周りに平らで回転する雲を形成します。 インクリメントディスクといいます。

この降着円盤から物質が徐々にブラックホールに向かって供給されます。 ブラックホールのパワーモデルによれば、nと呼ばれる点があるはずです。 最内安定円軌道 (イスコ）、降着円盤内で物質が安定して回転し続けることができる最後の点。 この点を超える物質は「シンク領域」にあり、ブラックホールの口に向かって避けられない降下を開始します。 この沈み込み領域が検出されるかどうかについての議論は、オックスフォードの研究チームが、天の川銀河の二重ブラックホールの周囲にある降着円盤の ISCO のすぐ向こう側の放射を発見したときに解決されました。 それは MAXI J1820+070 と呼ばれます。

ブラックホール マキシJ1820+070地球から約10,000光年の距離にあり、太陽約8個分の質量を持つこの星は、光速の約80%でツインジェットを噴射しながら、その伴星から物質を引き出している。 また、強力なX線放射も発生します。。

研究チームは、爆発時のMAXI J1820+070のX線スペクトルを発見した。」柔らかい状態“、回転する降着円盤からの放射を表します、または “カーブラックホール」、沈降領域を含む完全な降着円盤です。

研究者らは、このシナリオはブラックホールの降着円盤の内縁にある沈み込み領域からの放射が初めて強く検出されたことを表しており、そのような信号を「ISCO内放射」と呼んでいると報告している。 これらの ISCO 内放射は、ブラック ホールのすぐ周囲の領域を記述する一般相対性理論の精度を裏付けています。。

この研究を継続するために、オックスフォード大学物理学部の別のチームが、アフリカミリ波望遠鏡を建設するヨーロッパの取り組みと協力しています。 この望遠鏡により、科学者はブラック ホールの直接画像を撮影する能力が向上し、最も遠くにあるブラック ホールの沈み込み領域を調べることができるようになります。

」本当に興味深いのは、銀河には多くのブラック ホールがあり、それらを使用して既知の最強の重力場を研究するための強力な新しい技術を手に入れたことです。」と彼は結論づけた マメリー。

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