もしも科学シリーズ(10)もしもブラックホールに落ちたら


ブラックホールに吸い込まれた宇宙船が、時空を超えて再び現れる。SF映画では定番のストーリーだが、実現可能なのか?



ニール・ドグラース・タイソン博士の著書「ブラックホールで死んでみる」では、ブラックホールに落ちるのが宇宙で最も華々しく死ぬ方法と記されている。そのプロセスは残酷で、仮に録画できたとしても、とても放映できない死にざまだ。



■素粒子と化す自分



ブラックホールは、その中心に向かって強大な引力がはたらく領域だ。ホールの名から誤解されやすいが、何でも吸い込む穴ではなく、着陸したら2度と脱出できない天体と考えるとわかりやすいだろう。宇宙との境界線である「事象の地平線」の内側に入ってしまうと光すら脱出できないのがブラックの由来だ。



天体からの脱出に必要なエネルギーは、その天体の質量・重力が大きく、直径が小さいほど多くなる。計算式は省略するが、身近な天体からの脱出に必要な速度は、



 ・地球 … 11.18km/秒



 ・月  … 2.38km/秒



 ・太陽 … 618.02km/秒



だ。秒速11.18kmはおよそ1時間で赤道を1周する速さだから、地球脱出でさえ膨大なエネルギーが必要である。この2万7千倍にも及ぶ光速(秒速30万km)でも脱出できないのだから、ブラックホールの引力がいかに強力か、おわかりいただけるだろう。



ブラックホールの作り方は極めて簡単で、なるべく質量と重力の大きい天体を選び、脱出速度=光速となるシュヴァルツシルト半径まで圧縮するだけで良い。地球なら直径9mm、太陽は3km程度になれば完成だ。



このブラックホールに人間が落ちたらどうなるか? 足から落ちた場合、ブラックホールの中心に向かってまっすぐ向かっていくことになる。引力は近い物体により強くはたらくので、中心に近い足には大きな引力が、頭には小さな引力がはたらき、加速度の違いが生じる。頭はゆっくりと、足は速く中心へと向かい、加速度の差に耐え切れなくなった身体は、途中で引きちぎられてしまう。



これを何度も繰り返し、見るも無残な状態となるが、引力の洗礼はさらに続き、分子、原子レベルまで分裂し、最終的には素粒子へと帰す。それらはブラックホールの中心に向かって進み、同書では「チューブから押し出される歯磨きペースト」のようになるという。



たしかに華々しい。



■100万度の輝き



固体では引きちぎられてしまうので、人気アニメの主人公のような柔軟性のある物体はどうか? 例えばガスなら大丈夫かと思ったが、より悲惨な死を遂げることになる。



ガスの場合はまず一部がブラックホールの軌道に引き込まれ、らせんを描き始める。扇風機に巻き込まれたヒモのような状態だ。ブラックホールから遠い部分はゆっくりと、近くは高速に、速度差のある差動回転を起こす。速度差から摩擦が生じ、やがて100万度にもおよぶ高熱へと変わる。痛いだけでは済まされず、今度は熱い思いもしなければならない。



太陽のような恒星も同じ運命をたどる。まずは強烈な引力で引き伸ばされ、差動回転で高温の円盤へと変化する。あとは光り輝きながら自分の番を待つだけだ。何年かかるかわからないが、ペースト状になってブラックホールの中心に向かうのを待ち続けよう。



もしもこれが葬儀なら、固体よりもはるかに華々しい。事象の地平線を越えてしまうと二度と拝めないから、100万度の輝きを眺められるうちに、しっかりと故人を偲んでおこう。



■まとめ



ブラックホールの中心にたどり着くあいだ、物体は光速に達するという説がある。もしそうなら、落ちた人の時間は遅く流れ、中心への旅は大変長い時間に感じることになる。



ブラックホールに落ちるなら、足から落ちてみたい。その感想を誰かに伝えることはできなさそうだが、自分が素粒子に分解されるのを、ぜひともこの目で見てみたいものだ。



(関口 寿/ガリレオワークス)