重力波の検出は、ブラックホールに関するアインシュタインとホーキングの「予言」を裏付ける

科学者たちはブラックホールの衝突による最も詳細な重力波信号を記録し、それによってアインシュタインとホーキングによるブラックホールに関する2つの重要な予測が正しいことを初めて確認した。

2つのブラックホールが合体すると、宇宙に重力波と呼ばれる波紋が生じます。地球上の検出器はこれらの信号を「捉える」ことができ、 科学者が宇宙をより深く理解するのに役立ちます。 - 写真：マギー・チャン／サイモンズ財団

ブラックホールは、光さえも逃れられないほどの巨大な重力を持つ「宇宙の怪物」であり、長い間科学者にとって魅力的な研究対象となってきた。

ブラックホールは、1世紀以上前にアルバート・アインシュタインの理論的著作に登場し、20世紀にはスティーブン・ホーキングによって徹底的に研究されたにもかかわらず、その「目に見えない」性質のために、宇宙で最も理解しにくいテーマのままです。

重力波：ブラックホールの研究を解明する鍵。

2015年、LIGO重力波観測衛星（米国）は、遠方の宇宙における2つのブラックホールの衝突によって引き起こされる時空のさざ波である重力波を初めて検出しました。この発見は、宇宙観測における「新たな感覚の開拓」と評され、ブラックホールに関する理論を直接検証する機会も提供しました。

しかし、初期データは、これら 2 つの重要な予測を確認するには詳細が足りません。

一つはアインシュタインのカー理論です。一般相対性理論によれば、ブラックホールは質量とスピンという二つの基本的な性質によってのみ記述できます。ブラックホールに落ち込むと、他のすべての特性は「消失」します。この現象は「無毛定理」として知られています。

第二に、ホーキングの面積定理があります。1971年、スティーブン・ホーキングは、ブラックホールの事象の地平線（何も脱出できない境界）の面積は、一定のままか時間の経過とともに増加するだけで、減少することは決してないと予測しました。

これは、宇宙のエントロピー（無秩序の度合い）は常に増加していると述べる熱力学の第二法則に似た原理だと考えられています。

10年ぶりの躍進

Sciencedailyによると、LIGO-Virgo-KAGRAの国際協力は最近、 Physical Review Letters誌に新たな研究成果を発表しました。彼らは、2つのブラックホールの衝突（GW250114イベント）によって発生した、これまでで最も詳細な重力波信号を記録しました。この衝突により、太陽の63倍の質量を持ち、毎秒100回転で自転する超大質量ブラックホールが誕生しました。

画期的な技術進歩のおかげで、科学者たちは初めて、2つのブラックホールの合体前後の出来事の「全体像」を得ることができました。このデータから、2つの仮説が同時に立証されました。

ブラックホールは、アインシュタインの一般相対性理論によって予測されたとおり、その質量と回転によって正確に説明されます。

ホーキングの面積定理に従って、事象の地平線の面積は合体後にのみ増加しました。

アインシュタイン（右）とホーキング（左）はブラックホールの性質について正確な観察を行った - 写真：MashableIndia

ブラックホールから宇宙の本質まで

ホーキングの定理の証明は、ブラックホールと熱力学の間に驚くべき類似点があることを明らかにしています。言い換えれば、ブラックホールの表面積の増加はエントロピーの増加と類似しており、ブラックホールは空間と時間の性質、そして現代物理学の最大の成果である一般相対性理論と量子力学を量子重力へと統合することさえもより深く理解するための「数学の窓」となり得ることを示唆しています。

研究チームの一員であるマキシミリアーノ・イシ氏は、「これは、宇宙のブラックホールがアインシュタインの理論で述べたものと真に類似していることを示す、これまでで最も明確な証拠です。ブラックホールの表面積が同様のエントロピーパターンを辿るという事実は、宇宙の本質にとって非常に深遠な意味合いを持っています」と述べました。

今後10年間で、重力波検出器の感度は現在の10倍に向上するでしょう。レーザー干渉計宇宙アンテナの後継プロジェクトが現在建設中で、銀河中心の超大質量ブラックホールからの振動を捉えることが期待されています。

アインシュタインが数式を使ってブラックホールを予言してから100年以上、そしてホーキングがそれを理論的に証明してから半世紀以上が経ち、人類は彼らの正しさを証明する信号を直接「聞き」、「見て」いる。

これまで科学書の中にしか存在しなかったブラックホールは、徐々に天文学者の目の前で「現実」の存在になりつつあり、記録される重力波信号は、人類が我々の住む神秘的な宇宙をより深く理解する上で一歩前進となる。

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ミン・ハイ

出典: https://tuoitre.vn/phat-hien-song-hap-dan-xac-nhan-tien-tri-cua-einstein-va-hawking-ve-ho-den-20250913075131812.htm