麻豆原创

宇宙には数千億個の銀河があり、多くの銀河はその中心部にブラックホールをもっています。光すら逃さない極めて強い重力をもつブラックホールは、その名の通り暗黒の存在です。しかし、その周りを100万度以上で燦々と辉くガスが取り巻いています。時空を歪めるほどの重力に引き寄せられたガスが摩擦によって輝いているのです。それは銀河中の星を集めても敵わないほどの非常に強いエネルギーで、宇宙を総覧してみても、ブラックホールのまわりは最も明るい場所のひとつといえるでしょう。

「暗黒と激光の両面の源泉」、「宇宙でもっとも剧的な力」。私がなぜブラックホール、ひいてはそれが生み出す重力に惹かれ、宇宙を研究するようになったのか。その魅力に迫ります。

【戸松勇登?理学院修士１年】

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最も弱い力、重力

そもそも重力とは宇宙に存在する四つの力、（1）强い力、（2）电磁気力、（3）弱い力、（4）重力のうちの一つであり、电磁気力とともに日常で実感できる驯染み深い力ではありますが、実は非常に不思议な性质をもっています。

まず、ほかの叁つの力と比べて非常に小さいという特徴があります。例えばクリップと地球の间には重力（万有引力）が働いていますが、磁石によって简単に持ち上げられます。地球ほど重い物体の重力も、手のひらにおさまる磁石の电磁気力にはかなわないのです。

一方で、非常に强い重力は时空を歪めることができます。実际、重力によって时间が遅れて进むことでウラシマ効果が起こりますし、歪曲した空间はレンズとなって星の光を増幅したりします。

「重力映画」に影响を受けて宇宙物理の道へ

このような不思议な力、重力を主题にすえた厂贵映画があります。『インターステラー』（2014）とは次のような物语です。

つまり主人公が地球人の移住先を探しに宇宙を旅する物语です。

しかし重力によって物语は不思议な展开をみせます。彼には10歳の娘がいたのですが、なんと地球に帰还したとき彼女は100歳近い老人になっていました！　主人公がブラックホール近くにいたために、地球では数十年が経过していたことが原因でした。これが先ほども述べた「ウラシマ効果」です。

私は中学生のときにこの映画を観たのですが、超自然的な现象を映像としてみせられて衝撃を受けました。またその原理が最も理性的な学问である物理学によって导き出されたということに大いなる飞跃を感じ、梦中になりました。いま学んでいることの先には映画のようなとても面白いことがあると信じて、勉强し続けました。そして私は现在、北海道大学理学院の宇宙理学専攻に所属しています。

超巨大なガスを素早く変化させるのは重力？

私はブラックホールまわりのガスが放射するエネルギーが数时间から数日という短い时间で変化するかどうかをモニタリングしています。例えば、ガス量が変化すれば放射エネルギーも変化します。

ではなぜ、数时间から数日という短い时间の変化に着目しているのか。ブラックホールまわりのガスはとても広く分布していて、光ですら横断するのに数日もかかります。ましてや物质であるガスは光より速くは絶対に移动できません。つまり、ガス自体の流れによって环全体が変化するとしたら、数年以上というとても长い时间がかかることになります。

しかし、観测技术の向上によって数时间から数日という短时间でガスの状态が変化していることを示すデータが検出されるようになりました。何か未知の机构が働いて、短时间変化を促していると考えられます。巨大なガスを短时间で変化させる黒幕の一人にブラックホールが考えられるでしょう。例えば二つのブラックホールが近づくことで激しく复雑な重力场が生成され、ガスの形を変えている可能性が考えられます。

宇宙の夜明けを目指して

ガスが放射するエネルギーを计算するといっても、それは容易なことではありません。宇宙にはガスのほかにもエネルギーを放射する天体が无数に存在し、それらと区别する必要があるからです。また、天気の悪い日に景色がぼやけて见えるように、天体観测も大気中の粒子の影响を受けます。その影响をのぞくことも必要です。このような要请に応えることで、やっとガスの明るさを计算できるのです。

宇宙という言叶は纪元前中国の哲学书『淮南子』からきています。「往古来今谓之宙、四方上下谓之宇（往古来今、これ宙と言う。四方上下、これ宇と言う）」。つまり、时间のことを宙、空间のことを宇というのです。ニュートン以来、重力の研究はアインシュタイン、ホーキング、ソーンらへと受け継がれ、400年间も続いています。しかし宇宙をその开闢からずっと満たしている重力の正体は、いまだに解明されていません。

私は重力そのものではなく、それが引き起こす宇宙现象を研究しています。重力の本质に迫る研究とは异なりますが、その痕跡であるブラックホールまわりのガスを追うだけでも重力は大いなる魅力を含んでいます。いつか重力、ひいては宇宙の全てを解明する“彼ら”の助けになるような事绩を残せればいいと思います。