超新星爆発とブラックホール

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太陽質量より4倍以上の質量をもつ星はその一生を終える時、大爆発を起こします。

この大爆発を『超新星爆発』といいます。

そして、太陽質量より30倍以上の質量をもつ星はブラックホールへと姿を変えると言われています。

 

今回は、
超新星爆発が起こる仕組み』
『ブラックホール誕生の仕組み』
を簡単にご紹介します。


恒星が光る仕組み

 

宇宙には大量の「水素」があり、その水素の濃い部分が互いに引き合い集まり(万有引力)、やがて恒星(太陽などの自ら光る星)になります。

恒星が膨大なエネルギーを放出しながら輝けるのは、内部で核融合反応が起こっているからです。

水素がたくさん集まると、圧力が高まり熱を持ちます。
300万ケルビン(約300万℃)近くになると核融合反応が始まります。
核融合反応によって2つの水素(H)から1つのヘリウム(He)が作られます。
その際に余ったエネルギーが熱となり光となっています。

 

超新星爆発が起こる仕組み

 

では、恒星内の水素がなくなったらどうなるのか?

そうです。
それが星の寿命です。

核融合で作られたヘリウムは水素より重いので星の中心に集まり、水素は恒星の表面で核融合反応をするようになります。
太陽位の小さな恒星は周囲の水素を取り込むようにして膨張し続け最後には外層を全て宇宙空間に拡散させて(重力崩壊)地味に生涯を終えます。
太陽は最終的に地球近くまで膨張すると考えられています。

しかし、太陽よりもっと大きな星(太陽の4倍以上の質量)は違います。
中心に集るヘリウムの量も多くなり、それらの圧力でまた核融合反応を起こすのです。
作られたヘリウムが2つ集まってベリリウム(Be)が作られ、ベリリウムとヘリウムで炭素が、、、
という具合に核融合反応によって徐々に重い原子が作られ、最終的には「鉄」が作られます。

これ以上核融合反応できなくなった恒星は、自身を支えるエネルギーをなくし重力崩壊します。

この時、恒星を構成していた物質が一気に重力の高い中心部に集まります。
その結果、大爆発を起こします。
これが、超新星爆発です。
超新星爆発時のエネルギーは超膨大で、その温度は10億℃以上!

 

超新星爆発残骸の中でもひときわ美しいと思う(筆者目線)超新星爆発残骸の写真を載せておきます。

かに星雲 超新星爆発の残骸 出典:NASA

写真では小さく見えるかもしれませんが、長い所で10光年の距離がある大きな残骸です。(今でも1,000km/hで広がっている)

 

ブラックホール誕生の仕組み

 

ブラックホールは太陽より30倍以上大きな質量をもつ恒星がその終わりを迎える時に誕生すると考えられています。

終わりを迎えるのは太陽の4倍以上の質量の恒星と同じ過程ですが、ブラックホールになる恒星はその質量の大きさ故中心部の重力が強すぎるます。
重力崩壊をおこした恒星が中心部に向かって収縮しますがそのスピードは中心に近づくにつれ異常なまでに上がります。
やがて光の速さ(299,792,458 m/s)を超えてしまいます。
すると、光でさえも抜け出せない『特異点』が現れブラックホールが誕生します。

ブラックホールはそのすさまじい重力で光でさえ曲げてしまします。
事実、超重力の天体のせいで角度的に見えるはずがない星も観測されています。

ブラックホールのシュミレーション画像 出典:Wikipedia

 

上の写真は600km離れた場所からブラックホールを観測したときのシュミレーション画像です。
中心部の黒い円がブラックホール。
もやもやと見えるのはブラックホールの重力で光が捻じ曲げられた様子です。
天の川の光の一部がブラックホールに吸い寄せられてから地球に届くから天の川の一部はブラックホールの上に見える。




宇宙って魅力ありますよね。

僕も考え始めると寝れなくなります。

謎が多すぎるのも魅力の一つなんですよね。

僕がたまに妄想するのは、
この宇宙は同じ次元にいる超知的巨人が宇宙の研究のために試験管内でビックバンを強制的に発生させて宇宙の成長を観測していて、僕たちは試験管内の宇宙の中を生きているということ。
ばかげていますが、否定は出来ないんです。

ホワイトホールも本当にあるかもしれない、、、。

宇宙は1つじゃないかもしれない、、、。




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