ＮＧＣ４４１４　(C)NASA

ブラックホールを理解する上で一般相対性理論の説明をする必要があります。

時空、四次元時空世界。
これは、空間について３本の軸と、時間についての１本の軸と、合計４本の軸から出来ている世界です。すべて物体の運動というものは、時間と共にその位置を変えるというのであるから、この四次元時空世界では１本の曲線で表される。

このとき、空間と時空の４本の軸は、すべて互いに直角に交わる。４本の軸が直角になす、というのはイメージしにくいのですが数学的には許されるのえである。このような直角な４本の直線の世界を「平らな時空」といいます。アインシュタインは、平らな時空の中で、物体の運動や、光線の進み方について色々に調べました。これが特殊相対性理論です。

重力は曲がった時空である
これは私たちの日常からかけ離れているので非常に理解しがたい。重力とは万物が落下する。これはニュートンによって万有引力とよばれました。しかしアインシュタインは重力を「力」としては位置づけず、「時空の曲がり」としてあつかった。つまり、重力が強いほど、時空の曲がりが大きいということです。すると重力源から遠く離れたところでは、時空は平らになる。

アインシュタインは曲がった時空について色々調べ、物体の運動は（それが重力によって運動する場合のみ）曲がった時空の中でつねに最短距離の道をとって進む（だから直線にはならない）ということをみちびき、さらに重力によって光は曲がることも予想した。以上が一般相対性理論の要点である。

事象の地平面
今、どこか一カ所非常に重力の強い場所があるとします。するとこの近くで放出されたすべての光は大きく曲がり、それが極端になると再びもとの場所にもどってしまう。このような状況のことを、光が「事象の地平面内に落ち込んだ」と表現します。そこでは光さえ表に出ることが出来ないのだから、当然物体などは出ることが出来ない。つまり外からは何もわからないのである。まさしく「消え失せる」ということである。これがブラックホールです。一般相対性理論によって、重力源の強さと地平面（球面）の大きさとの関係が導かれるのです。

星の終末（死）
すべての水素やヘリウムを使い果たした恒星（私たちの太陽のように自ら輝いている星）は限りなく収縮するのですが、そういう星の中にはブラックホールに行き着くものがある。例えば太陽より十倍以上の質量を持つ恒星がブラックホールを造るとすると、事象の地平面は直径６０kmと計算される。

このような目には決して見えないブラックホールは発見できるのあろうか？
間接的発見といえるがはくちょう座Ｘ−Ｉと名付けられた、Ｘ線を放出する星である。この星は青色超巨星と連星系（互いの周りを回転する２つの星）をなしており、超巨星の詳しい観測から、Ｘ線星は太陽の１０倍位の重さの星と解っている。もし、Ｘ線星が普通の星であるのならば、当然見えなければならない。しかし光はどうしても見ることができないのだ。見えない星の候補はいくつか考えられるが、太陽の１０倍の重さと言うことを考えるとブラックホールしかない。しかもＸ線の放出のしかたも異常で、ブラックホール説を考えなければ説明が付かないのである。

ブラックホールが連星だという解釈はとても内容がゆたかなものだから、これをもとに理論的な計算をおこなえば、まだ見つかっていない新しい事実を予言できるかもしれないということも注目されている。

日常から考えると理解しがたいブラックホールだが、私たちの銀河系の中心部にも３個もの巨大なブラックホールが存在していると考えられている。銀河系が回転するには、やはり中心に強力な重力源であるブラックホールがあるとすることが自然である。

ちなみに私たちの銀河系も遠い将来、巨大なブラックホールと化してしまう可能性さえもあるのだ。

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