地球がブラックホールに落ちたらどうなるでしょうか？

ブラックホールは長きにわたり、人々の興奮と好奇心を掻き立ててきました。そして、重力波が発見された今、ブラックホールへの関心はますます高まることでしょう。

私がよく受ける質問の多くは、ブラックホールに関するSFがどの程度「真実」なのか、そして『スターゲイト』に登場するようなワームホールが実在するのかといったものです。しかし、必ずと言っていいほど出てくるのは、ブラックホールが理論上、人類や地球に及ぼすであろう、極めて残酷な影響についてです。

質量、電荷、スピン

ブラックホールには（原理的には）測定可能な3つの特性があります。質量、スピン（または角運動量）、そして全体の電荷です。実際、ブラックホールを構成する他のあらゆる情報はすべて失われるため、外部の観測者が知ることができるのはこれら3つのパラメータだけです。これは「無毛定理」として知られています。簡単に言えば、ブラックホールに投げ込んだ物体がどれほど毛深く複雑なものであっても、質量、電荷、スピンにまで縮小（または削ぎ落と）されるということです。

これらのパラメータの中で、質量はおそらく最も重要です。ブラックホールの定義は、その質量が極めて小さな体積、つまり「特異点」に集中していることです。そして、ブラックホールの質量、そしてその質量が生み出す巨大な重力こそが、近くの物体に「ダメージ」を与えるのです。

宇宙スパゲッティ

近くのブラックホールの最もよく知られた影響の一つは、「スパゲッティ化」という想像力豊かな名前が付けられています。簡単に言うと、ブラックホールに近づきすぎると、スパゲッティのように伸びてしまうのです。

この効果は、体にかかる重力勾配によって生じます。足からブラックホールに向かっているところを想像してみてください。足は物理的にブラックホールに近いため、頭よりも強い重力を感じます。さらに悪いことに、腕は体の中心にないため、頭とはわずかに異なる方向（ベクトル）に引き寄せられます。これにより、体の端にある部分が内側に引き寄せられます。結果として、体全体が引き伸ばされるだけでなく、中央部分が薄く（または圧縮され）ます。そのため、あなたの体や地球などの物体は、ブラックホールの中心にぶつかるずっと前から、スパゲッティのような形になり始めます。

これらの力が耐えられなくなる正確な点は、ブラックホールの質量に大きく依存します。高質量の星の崩壊によって生成された「通常の」ブラックホールの場合、事象の地平線（ブラックホールから情報が漏れ出ない地点）から数百キロメートル離れている可能性があります。しかし、私たちの銀河系の中心にあると考えられているような超大質量ブラックホールの場合、物体は中心から数万キロメートル離れたところで、スパゲッティ状になる前に事象の地平線の下に容易に沈み込む可能性があります。ブラックホールの事象の地平線外の遠方にいる観測者には、私たちが徐々に減速し、やがて時間とともに消えていくように見えるでしょう。

地球にとって悪いニュース

仮に地球の近くにブラックホールが突然現れたらどうなるでしょうか？スパゲッティ化を引き起こしたのと同じ重力効果が、ここでも作用し始めるでしょう。ブラックホールに最も近い地球の端は、遠い側よりもはるかに強い力を感じるでしょう。そうなれば、地球全体の破滅は目前に迫っているでしょう。私たちは引き裂かれるでしょう。

同様に、本当に超大質量のブラックホールが事象の地平線の下に私たちを飲み込んだとしても、少なくともしばらくの間は、すべてが以前の状態に戻っているように見えるため、私たちは気づかないかもしれません。この場合、大惨事が起こるまでにはしばらく時間がかかるかもしれません。しかし、あまり心配する必要はありません。そもそもブラックホールに「ぶつかる」というのは不運なことであり、いずれにせよ、衝突後も私たちはホログラフィックな状態で生き続けるかもしれません。

放射線に注意

興味深いことに、ブラックホールは必ずしも黒いわけではありません。クエーサー（ブラックホールによってエネルギーを得ている遠方銀河の中心にある天体）は非常に明るく、母銀河全体の明るさを合わせたよりも明るくなることもあります。このような放射線は、ブラックホールが新たな物質を貪り食うときに発生します。誤解のないよう正確に言うと、この物質はまだ事象の地平線の外側にあるため、私たちはそれを見ることができるのです。事象の地平線より下は、光さえも逃れられない場所です。貪り食う物質が積み重なると、光が輝きます。観測者がクエーサーを観測すると、この輝きが見えるのです。

しかし、ブラックホールは非常に高温であるため、その周囲を周回する（あるいはその近くを周回する）ものにとっては問題となる。私たちがスパゲッティのように溶けてしまうよりもずっと前に、この放射線の威力は私たちを焼き尽くしてしまうだろう。

ブラックホールの周りの生命

クリストファー・ノーラン監督の映画『インターステラー』を見たことがある人にとって、ブラックホールの周りを惑星が周回しているという可能性は魅力的に映るかもしれません。生命が繁栄するには、エネルギー源、あるいは温度差が必要です。そして、ブラックホールはその源となり得ます。しかし、落とし穴があります。ブラックホールは物質を一切摂取しなくなっている必要があるのです。そうでなければ、ブラックホールは過剰な放射線を放出し、近隣の惑星に生命を育むことができなくなります。

そのような惑星に生命が存在するかどうかは（もちろん、スパゲッティ化してしまうほど近すぎないという前提で）、また別の問題です。その惑星が受け取るエネルギーは、地球が太陽から受け取るエネルギーと比べれば微々たるものでしょう。そして、そのような惑星の環境全体も同様に奇妙なものになる可能性があります。実際、『インターステラー』の制作においては、ブラックホールの描写の正確性を確保するために、キップ・ソーンに相談が行われました。これらの要因は生命の存在を否定するものではなく、単に可能性を低くし、どのような形態をとるかを予測することを非常に困難にしているだけです。

ケビン・ピンブレット、ハル大学物理学上級講師

この記事はThe Conversationに掲載されたものです。元の記事はこちらです。