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2022/5/22 5:46

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ブラックホールってってどんな状態のもの何でしょうか?

天文、宇宙85閲覧

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地球で物体(ボールなど)を 真上に投げると 徐々に減速し ある高さで止まって 落下しますね。 投げる速度を速くすれば より高くまで物体は上昇します。 これは物体の「速度(エネルギー)」と 地球の「重力」のバランスで起こる現象ですから もし物体の速度(エネルギー)が 地球の重力より強くなれば その物体は地球の「重力圏(重力の影響圏)」を抜け出し 宇宙の彼方に飛んで行ける訳です。 この時の速度を「地球の脱出速度」と言います。 そしてこの速度は 地球より重力が強い天体では より速い速度が必要です。 例えば「地球」の脱出速度は約11.2km/秒 (時速で約4万km)ですが 「木星」の場合には 約59.5 km/秒(時速で約21万4200km) 「太陽」なら 約617.7km/秒(時速で約222万3720km) と言う具合に 重力が強い天体になるほど その脱出速度は速くなります。 しかし物体の速度には 「光速に決して達しない」という法則があるので 脱出速度が「光速」以上になった 天体からはどんな物体も2度と その重力圏から出る事ができなくなります。 また、同じように そこに入った「光」なども 2度と出てくる事はできない為 その天体は宇宙に空いた「真っ黒」な底なしの穴 ・・・のような状態になります。 この「脱出速度」が光速以上となった 強い重力圏を持つ天体が「ブラックホール」と言われる訳です。

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脱出速度による説明は 間違ってはいないのですが正しくありません(微妙) 一般相対性理論というアインシュタインさんが発表した理論によって 「光は重力で曲がる」ということがわかったんです。 だったらとんでもなく重力が強い場所になると光が外へ出られなくなる ということもありうるのでは? と考えた人がいて 一般相対性理論の方程式を使ってそういうことが(計算上は)ありうるという解を導き出しました。 光でさえ抜け出せなくなるほどの重力は 黒い穴に例えてブラックホールと名付けられることになります。 重力というのは、そのもとになっている物の質量に比例し 距離の2乗に反比例します。 ひらたく言うと、物が重いほど重力は強いし、その物に近づくほど重力は強くなるわけです。 つまりブラックホールというのは 「これ以上近づくと光でも抜け出せなくなる」という境界線があります。 その境界線を「事象の地平面」と言い、その内側がブラックホールということになります。 一般相対性理論の方程式から導かれた、重力源の重心から事象の地平面までの距離(つまりブラックホールの大きさ)をシュヴァルツシルト半径と言います。 ただ、このシュヴァルツシルト半径の値というのは実はニュートンの万有引力の法則から導かれる「脱出速度が光速である星の半径」と等しくなるんです。 最初に「脱出速度による説明は間違ってはいない」と言ったのはこのためです。 しかし意味合いはかなり異なります。 脱出速度というのは その星から物を投げ上げた時に、その物が落ちて来ずに星の重力を振り切って飛んで行ってしまうという場合の 最初に投げ上げた時の物の速さ(初速)のことです。 地球の場合は秒速11.2kmです。つまり地上から秒速11.2kmを超える速さで何かを発射したら、(空気抵抗などを考えなければ)その物は地球から飛んで行ってしまうのです。 しかし地球から脱出するためには秒速11.2km以上の物でなければいけないということにはなりません。 ロケットなどのエンジンをふかして上への推進力を得られ続けることができるのなら、どんなにゆっくりでもいずれは地球から脱出できます。 しかしブラックホールからはどんなにエンジンをふかしても脱出することはできません。脱出速度の問題ではないからです。 ブラックホールの中からは何の情報も出てくることは無いので詳しく状態を知ることができません。 しかし考えられているのは、その強すぎる重力のために大きさのある物(原子はおろか陽子や中性子にも大きさがある)は何も存在できないとされ 全てが大きさの無い素粒子レベルに分解されてしまうだろうということ。 ブラックホールの本体である重力源の物質も当然大きさの無いレベルまでつぶれていることになり、質量はあるけど大きさ(体積)が無い、つまり密度が無限大の1点となってしまうということ。 密度が無限大なんて存在は物理法則が通じなくなってしまうので特異点と呼ばれています。 ぶっちゃけブラックホールの中はまだ謎です。

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重力による脱出速度が光速を超えた状態になった天体

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特殊な状態になった天体ですね。 物体は質量を持ちますが、この質量の持つ引力の影響が、光も脱出出来ない重力場を形成する範囲というか境目を、事象の地平面またはシュヴァルツシルト半径と言います。 天体の大きさが、様々な要因でこの境界面より小さくなった場合に、光が抜け出せず黒い穴の様な姿になるためにブラックホールと呼ばれます。 中身は超新星爆発などによって形成された場合、超流動体の中性子星になると考えられています。加速器で原子を衝突させて出来るのは、中がどんな状態かは知りません。観測できないので理論的な予想図ってところです。

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丸い星です。 しかしものすごい重力で周辺の空間が歪んでいるので光や電波で観測することができず、黒い穴のように見えるのではないかと想像されたのでブラックホールと呼ばれるようになりましたが穴ではありません。