【2020年ノーベル物理学賞】ブラックホールの存在を理論と観測で証明

2020年物理学賞 ロジャー・ペンローズ名誉教授(イギリス・オックスフォード大学)、ラインハルト・ゲンツェル所長(ドイツ・マックスプランク地球外物理学研究所)、アンドレア・ゲズ教授(アメリカ・カルフォルニア大ロサンゼルス校) ※所属は受賞当時

 ブラックホールは、その存在の有無が長らく議論されてきましたが、ロジャー・ペンローズ氏がブラックホールの存在を理論的に証明。さらラインハルト・ゲンツェル氏、アンドレア・ゲズ氏が観測により間接的にブラックホールの存在を示したことで、3人に2020年の物理学賞が贈られました。

数学的に理論を構築

 ブラックホールの理論的な研究は古くから行われており、1915年にアインシュタインが一般相対性理論を発表すると、同じ年にドイツの天文学者カール・シュヴァルツシルトが静止したブラックホールが存在する理論を示し、1963年にはニュージーランド出身の数学者ロイ・カーが回転しているブラックホールが存在する理論を発表していました。しかし、これらの理論は理想的な条件でしかブラックホールは存在できないことから、実際の宇宙ではブラックホールは存在しないと考える研究者もいました。

 そこで、ペンローズ氏は相対性理論を取り入れつつも、理想的な条件の下でなくてもブラックホールが形成される可能性があることを数学的に証明しました。

観測で存在を明らかに

 理論的に存在することが示されたのなら、観測でもブラックホールを証明したくなります。ただし、非常に大きな引力を持ち、光さえ脱出できないブラックホールを観測することは簡単なことではありません。ゲンツェル氏とゲズ氏は、それぞれ率いる観測グループで1990年代初めから、私たちが暮らす太陽系を含む天の川銀河の中心にある「いて座A」を観測したところ、いて座Aの周りを星が高速で周回していることを発見しました。

 この周回スピードは何らかの強大な力の発生源がないと説明できない速さだったため、いて座A*は巨大ブラックホールであり、その引力で天体が周回していると観測によって間接的に存在を示しました。

いて座A*とその周囲を巡る代表的な恒星の軌道。このうち、恒星S2の観測からブラックホールの存在が示された。

 このようにして理論と観測でブラックホールの存在が証明されたのですが、その後も研究が進められ、2019年4月には観測プロジェクト「イベント・ホライズン・テレスコープ」が、地球から約5500万光年離れたM87銀河にあるブラックホールの撮影に世界で初めて成功し、大いに話題になりました。もしかするとこの撮影成功も、2020年の物理学賞受賞の後押しになったかもしれません。


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斉藤勝司 著者の記事一覧

サイエンスライター。1968年、大阪府生まれ。東京水産大学(現東京海洋大学)卒業後、ライターとなり、最新の研究成果を取材し、科学雑誌を中心に記事を発表している。著書に『がん治療の正しい知識』、『寄生虫の奇妙な世界』、『イヌとネコの体の不思議』、『群れるいきもの』などがある。

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