ブラックホールが地球の近くを通過すると何が起こるのでしょうか?

宇宙に貪り食うもののように、重力が非常に強い天体があると想像してください。近づくものは容赦なく飲み込まれ、光さえも逃れることはできない。最初に頭に浮かぶことは何ですか?そうです、ブラックホールは時間と空間を自在に操ることができる宇宙の「大悪魔」なのです。

一般的に言えば、科学界ではブラックホールを 2 つのタイプに分類できます。1 つは「恒星ブラックホール」、もう 1 つは「超大質量ブラックホール」です。

星が継続的に燃え続けることができる理由は、星内部で起こる核融合反応によるものだということはわかっています。燃焼の過程で段階的に融合し、エネルギーが尽きて死に至ります。巨大な星はエネルギーを使い果たすと、最終的に鉄で止まります。なぜなら、星が鉄を融合すると、核融合を起こしてエネルギーを放出することができなくなり、内核が自身の重力の影響で崩壊し始めるからです。このとき、星の中心部は容赦なく圧迫され、最終的には星全体が崩壊し、宇宙で最も強力な超新星爆発が発生します。超新星爆発後、物質のほとんどは星間空間に放出されますが、中心核に残っている質量が太陽の質量の 3 倍 (オッペンハイマー限界) を超えると、中心核は自身の重力によって崩壊し続け、最終的にブラックホールを形成します。これを恒星ブラックホールと呼びます。恒星ブラックホールの質量は通常、太陽の質量の3倍から数百倍の間です。たとえば、私たちの銀河系にある既知の白鳥座X-1ブラックホールの質量は太陽の約21倍です。科学者たちは、私たちの銀河系にはそのような恒星ブラックホールが何億個も存在する可能性があると推測しています。

しかし、宇宙にはさらに強力なブラックホール、つまり「超大質量ブラックホール」が存在します。科学者たちは、超大質量ブラックホールは一般に銀河の中心に位置していることを発見した。たとえば、私たちの天の川銀河の中心には、いて座A*という超大質量ブラックホールがあります。その質量は太陽の約400万倍です。その重力の影響は天の川銀河の中心部全体に及び、多くの星がその重力によって動いています。しかし、超大質量ブラックホールが存在する銀河は私たちの天の川銀河だけではありません。天文学者が他の銀河を観察したところ、ほとんどの銀河の中心にはそのような超大質量ブラックホールがあることが分かりました。たとえば、地球に最も近いアンドロメダ銀河には、太陽の質量の 14 億倍に達する高質量の中心ブラックホールがあります。現在、科学界は超大質量ブラックホールの形成原因についてまだ明確な結論に達していませんが、「シードブラックホール仮説」、「直接崩壊ブラックホール理論」、「ブラックホール合体仮説」など、いくつかの理論的仮説があります。それらについては詳しく説明しません。

先ほど述べたように、科学者たちは、私たちの天の川銀河だけでも何億もの恒星ブラックホールが存在する可能性があると推測しています。こんなに多くのブラックホールがあるが、いつかそのうちの一つが太陽系の近くを通過する日が来るのだろうか？恒星のブラックホールが太陽系、あるいは地球に近づいたら何が起こるでしょうか?想像力を働かせてこれを想像してみましょう。

まず、ブラックホールがまだ地球から非常に遠いときには、何らかの異常な天文現象が観測される可能性があります。ブラックホールの強い重力によって周囲の空間と時間が歪むため、ブラックホールの近くを通過する光は曲がり、私たちが見る星空の像が歪んで見えるようになります。その時までに、天文学者は、ちょうど歪んだレンズを通して物体を見たときのように、遠方の銀河の形や位置が奇妙な変化を遂げていることに気づくかもしれない。この重力レンズ効果はブラックホールが近づくにつれてより顕著になります。

ブラックホールが近づくにつれて、地球が位置する太陽系はブラックホールの増大する重力の影響を受け始めるでしょう。太陽系の惑星の軌道は徐々にずれていきますが、地球も例外ではありません。これにより、地球が受ける太陽放射の量が変化し、気候が極めて不安定になります。以前は暖かく適していた地域が急速に寒くなる可能性があり、一方で以前は寒かった地域が非常に暑くなる可能性もあります。

ブラックホールが十分近づくと、地球の大気は徐々に剥ぎ取られ、地球の潮汐現象は極めて激しくなる可能性がある。ブラックホールの重力により、ブラックホールに面した地球とブラックホールから離れた地球の間には大きな重力差が生じます。この差は、月と太陽が地球に及ぼす潮汐力よりもはるかに強力です。地球の海はブラックホールの重力によって引き伸ばされ、巨大な潮汐隆起となり、地球規模の超津波を引き起こす可能性がある。同時に、地球内部の地質構造は潮汐力によって深刻なダメージを受け、大規模な地震や火山噴火を引き起こします。

ブラックホールが接近し続けると、地球は引き裂かれる危険にさらされるだろう。ブラックホールの重力差が一定レベルに達すると、地球はこの巨大な潮汐力に耐えられなくなり、地球の岩石圏、マントル、核の層が順に引き裂かれ、地球は麺のようにブラックホールに引き寄せられることになる。これらの引き裂かれた物質がブラックホールに向かって落下するにつれて、ブラックホールの周りを回転する降着円盤が形成され、高エネルギーX線やガンマ線を含む強力な電磁放射を放出する可能性があります。

最終的には地球はブラックホールに完全に飲み込まれ、その一部となるでしょう。私たち人間を含む地球上のすべての物質は、ブラックホールの特異点に圧縮され、私たちが知っている宇宙から消えてしまいます。

しかし、ブラックホールが地球に接近する確率は非常に低く、たとえそれが起こったとしても、それは非常に遠い将来のことになるでしょう。これまでに知られているブラックホールは地球から非常に遠く離れているため、例えば天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールは地球から約 26,000 光年離れています。この距離は遠すぎるため、地球の位置における重力の影響は無視できます。したがって、現在の観測と研究に基づくと、地球の安全を脅かす距離内にブラックホールは存在せず、宇宙の天体の分布と運動の法則から、そのような危険な状況が発生する可能性は低いと考えられます。しかし、これはブラックホールの研究や探査をやめるべきだという意味ではありません。ブラックホールの研究は、これらの神秘的な天体自体の特性を理解するのに役立つだけでなく、宇宙の構造と進化、そして宇宙における地球の位置と運命をより深く理解するのにも役立ちます。

著者: 星は光になる

査読者：中国科学院国家宇宙科学センター研究員 劉勇

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司