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ブラックホールに落ちると“スパゲッティ”になる。でも巨大なほど安全という逆説

ブラックホールに落ちると“スパゲッティ”になる。でも巨大なほど安全という逆説

読む前に予想してみよう!

大きいブラックホールほど、近づいたときに体が引きのばされやすい

研究カード(どんな研究?)
対象
ブラックホール周辺の重力(潮汐力)
規模
理論+多数の潮汐破壊現象の観測
研究の種類
理論・観測
確かさ
★★★★☆
3秒でわかる

ブラックホールに近づくと、頭と足にかかる重力の差で体が細長く引きのばされる。ただし超巨大ブラックホールでは境界を越えるまで無事な場合も。

ひとことで言うとブラックホールに近づくと、体がめんみたいに長くのびちゃう!

もくじ
  1. 犯人は「重力の差」
  2. 大きいブラックホールのほうが“安全”?
  3. 星がスパゲッティになる瞬間が観測された
  4. まとめ

もし、ブラックホールに落ちてしまったら?SF映画の定番シーンですが、物理学の答えはなかなか衝撃的です。

体が細長く、細長く、引きのばされていく。まるでスパゲッティのように。

この現象は、英語でスパゲッティフィケーション(スパゲッティ化)と呼ばれています。ふざけた名前のようですが、れっきとした物理現象です。

01犯人は「重力の差」

重力は、近いほど強く、遠いほど弱くなります。

地球の上では、頭と足にかかる重力の差はほとんどゼロ。でもブラックホールの近くは別世界です。重力がものすごく強いうえに、少し距離が違うだけで重力の強さが大きく変わるのです。

たとえば足からブラックホールに落ちていくと……

  • 足は頭より強く引っぱられる
  • 頭は足より弱く引っぱられる

その結果、体は縦に引きのばされます。さらに、体の左右は中心に向かって寄せられるので、横には押しつぶされる。こうして体はスパゲッティのように細長くなるのです。

この「場所による重力の差」が生む力を、潮汐力(ちょうせきりょく)といいます。地球の潮の満ち引きを起こしているのと、同じ種類の力です。

足と頭にかかる重力の差(潮汐力)で、体が縦に引きのばされる
足と頭にかかる重力の差(潮汐力)で、体が縦に引きのばされる

02大きいブラックホールのほうが“安全”?

ここからが、ちょっと不思議な話です。

ブラックホールには、ここを越えたら光でさえ戻れないという境界があります。これを事象の地平面(イベント・ホライズン)といいます。

実は、事象の地平面のあたりで比べると、小さいブラックホールほど潮汐力が強く、大きいブラックホールほど潮汐力が弱いのです。

  • 太陽の数倍〜数十倍ほどの小さめのブラックホール:境界に着くずっと手前でスパゲッティ化
  • 銀河の中心にある、太陽の数百万倍〜数十億倍の超巨大ブラックホール:境界を越えるときはまだ体は無事なことも

大きいブラックホールは、境界そのものがとても大きいので、そこでは重力の「差」がゆるやかになるからです。ただし、境界を越えたらもう二度と出られません。結局は中心に向かうにつれて、スパゲッティ化は避けられないと考えられています。

03星がスパゲッティになる瞬間が観測された

人がブラックホールに落ちたことはもちろんありません。でも、星がスパゲッティ化する現象は実際に観測されています。

星がブラックホールに近づきすぎると、潮汐力で引きちぎられ、細長いガスの流れになって吸い込まれていきます。このとき強く輝くのが、潮汐破壊現象(TDE)です。

04まとめ

  • ブラックホールに近づくと、重力の差(潮汐力)で体が細長く引きのばされる
  • 境界付近では、小さいブラックホールのほうが危険という逆説がある
  • 星が引き裂かれる潮汐破壊現象は、実際に観測されている

2019年には、国際チーム「イベント・ホライズン・テレスコープ」が、銀河M87の中心にある巨大ブラックホールの影を初めて撮影しました。かつて想像の世界だったブラックホールは、いまや「見て、調べる」対象になっているのです。

この研究を英語で読もう原田英語の English CornerGravity becomes weaker with distance, so near a black hole, your feet would feel a much stronger pull than… 音声 4択クイズ9問A2・B1・B2タップして開く

原田英語の English Corner

この研究を英語で読もう

Gravity becomes weaker with distance, so near a black hole, your feet would feel a much stronger pull than your head. Your body would be stretched vertically and squeezed from the sides. Scientists call this "spaghettification," and the force behind it is a tidal force. Small black holes are actually more dangerous.

A black hole only a few times heavier than the Sun would stretch you long before you reached its event horizon, the border that even light cannot escape from. At a supermassive black hole, however, you might cross that border safely, although you could never come back. This process also happens to stars. When a star is torn apart by a black hole, it shines brightly in a "tidal disruption event."

123 words ・ CEFR B1

和訳を見る

重力は距離とともに弱くなるので、ブラックホールの近くでは、足は頭よりもずっと強い引力を感じます。体は縦に引きのばされ、左右から押しつぶされます。科学者はこれを「スパゲッティ化」と呼び、その原因となる力が潮汐力です。実は、小さいブラックホールのほうが危険です。

太陽の数倍しか重さのないブラックホールでは、光でさえ逃げられない境界である事象の地平面にたどり着くずっと前に、体が引きのばされてしまいます。ところが超巨大ブラックホールなら、二度と戻ってはこられないものの、その境界を無事に越えられるかもしれません。この現象は星にも起こります。星がブラックホールに引き裂かれると、「潮汐破壊現象」として明るく輝くのです。

4択リーディングクイズ

Q1. What causes spaghettification?

Q2. What is the event horizon?

Q3. What can we infer from the passage?

重要単語

  • tidal forceC1
    名詞(句)潮汐力Tidal forces can tear a star apart. tide(潮の満ち引き)の形容詞が tidal。海の潮を起こす月の力と同じ種類の力。
  • event horizonC1
    名詞(句)事象の地平面Nothing can escape once it crosses the event horizon. horizon は「地平線・水平線」。その先が見えない境界というイメージ。broaden one's horizons「視野を広げる」も頻出。
  • stretchB1
    動詞引きのばす・のびるThe black hole would stretch your body. 運動の「ストレッチ」と同じ。stretch out「(手足を)のばす」、a stretch of road「ひと続きの道」も覚えたい。
  • supermassiveC1
    形容詞超巨大な(超大質量の)A supermassive black hole sits at the center of our galaxy. super-(超)+massive(大量の・巨大な)。massive は mass(質量)の形容詞形。
  • tidal disruption eventC1
    名詞(句)潮汐破壊現象Astronomers observed a tidal disruption event in a nearby galaxy. disruption は dis-(ばらばらに)+rupt(壊す)。interrupt, erupt, bankrupt も同じ rupt の仲間。略称 TDE。
  • counterintuitiveC1
    形容詞直感に反するIt is counterintuitive that bigger black holes are safer at the edge. counter-(反対の)+intuitive(直感的な)。難関大の科学系長文で「意外な結果」を表す定番語。
  • compressB2
    動詞圧縮する・押し縮めるThe tidal force compresses the body from the sides. com-(共に)+press(押す)。ファイルの「圧縮」も compress。名詞は compression。

動画でもっと知る

4コマでわかる

ブラックホールに落ちると“スパゲッティ”になる。でも巨大なほど安全という逆説の4コマ漫画
ブラックホールに足から落ちると、足と頭にかかる重力の差で体が細長く引きのばされる。通称「スパゲッティ化」。ところが超巨大ブラックホールほど、境界を越えるまでは平気らしい。大きいほうが安全という逆説。

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出典・参考文献(4件)タップで表示
  1. Rees (1988) Tidal disruption of stars by black holes of 10^6–10^8 solar masses in nearby galaxies, Naturedoi.org
  2. Nicholl et al. (2020) An outflow powers the optical rise of the nearby, fast-evolving tidal disruption event AT2019qiz, MNRASdoi.org
  3. Gezari (2021) Tidal Disruption Events, Annual Review of Astronomy and Astrophysicsdoi.org
  4. Event Horizon Telescope Collaboration (2019) First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole, The Astrophysical Journal Lettersdoi.org