英語版クイズをもとにAIで日本語で作成しました。出典は日本語版ウィキペディアにリンクしています。
ブラックホールは、極めて高密度で重力が極端に強く、近くの物質や光でさえ脱出できない天体。18世紀の着想に始まり、一般相対性理論の登場をへて、X線や電波、重力波による観測へと研究が進んできた。 このクイズでは、星の一生と誕生の仕組み、理論を築いた科学者たち、銀河中心の巨大ブラックホール、2019年の直接撮影、連星ブラックホールの合体がもたらした重力波の初検出までを出題する。 やさしい問題から専門的な問題まで、順に挑戦できる。
全30問の答えと解説。クイズで遊ぶ
Q 01若い星の内部で、水素の原子核が互いに結合して生まれる元素は？
ヘリウム
このとき生じるエネルギーによって、星は自らの大きさを支えている。
Q 02ブラックホールにあるとされる、密度と重力が無限大になる点は？
特異点
回転しないブラックホールでは中心に、回転するカー・ブラックホールではリング状に存在するとされる。
Q 03ブラックホールへ落ちていく物体は、遠くからは次第に何色に見える？
赤
物体から出た光が重力による赤方偏移を受けるためで、やがて可視光の領域を外れて見えなくなる。
Q 04太陽程度の質量の星が、巨星の段階を経て一生の最後になる天体は？
白色矮星
太陽の数倍までの質量の星がこの道をたどり、次第に冷却して一生を終える。
Q 05極小型ブラックホールの生成が懸念された、2008年運転開始の加速器は？
大型ハドロン衝突型加速器
仮に生成されたとしても、ホーキング輻射によって直ちに蒸発すると考えられた。
Q 0636太陽質量と29太陽質量の連星ブラックホールの合体を捉えた重力波望遠鏡は？
LIGO
アメリカの重力波望遠鏡で、長さ4キロメートルの腕を持つ。およそ3000キロメートル離れた2つの観測所を同期させて観測している。
Q 07オッペンハイマーがブラックホール研究から遠のくきっかけとなった計画は？
マンハッタン計画
原子爆弾開発を目的とする計画の責任者として、ロスアラモス研究所の所長に任命された。
Q 08ブラックホールへ落ちる物体が、遠くからは永久に停止して見える位置は？
事象の地平面
この球面の内側からは光であっても外に出られない。ただし、その位置に何かが存在するわけではない。
Q 09連星系をなすブラックホールが周囲に形成することのある円盤は？
降着円盤
膨大な熱とX線を放射し、多くのものは宇宙ジェットを伴う。
Q 10重力波の初検出が行われたのは何年？
2015年
検出は9月14日で、発表は翌年の2月11日。重力波の直接的な存在証明は、研究者が50年以上にわたって目指してきた目標だった。
Q 11アインシュタインが重力波の存在を予言したのは何年？
1916年
波が極めて微弱であるため、実際に検出できる日は来ないだろうと本人は予想していた。
Q 12太陽の約8倍より重い星で、核融合の末に中心核をつくる元素は？
鉄
この元素の原子核は結合エネルギーが最も大きく、これ以上の核融合反応が起こらない。星の中心部は熱源を失って重力収縮する。
Q 13重力波が初めて検出された当時、まだ建設中だった日本の重力波望遠鏡は？
KAGRA
イタリアのVirgo干渉計も改良作業の途中で観測しておらず、ドイツのGEO600は感度が足りなかった。
Q 14「ブラックホール」という語を広めたとされるアメリカの物理学者は？
Q 21ホーキングがブラックホールから物質が逃げ出す可能性を指摘したのは何年？
1974年
一般相対性理論に量子論を加えた理論を開拓したことで知られ、ブラックホールが最終的に蒸発しうることを示した。
Q 222009年、高出力レーザーでブラックホール周辺と同様のプラズマを作った大学は？
大阪大学
中国・韓国と構成する国際共同研究チームの成果で、光電離プラズマを実験室で発生させることに成功した。
Q 23ニュートン力学と光の粒子説から、光も抜け出せない天体を推測したのは？
ピエール＝シモン・ラプラス
イギリスのジョン・ミッチェルも同様の論文を発表したが、その後は光の波動説が優勢になり、この着想は忘れられた。
Q 24ワイス、バリッシュと共に2017年のノーベル物理学賞を受けた物理学者は？
ジョン・ホイーラー
会議中に聴衆の一人が洩らした言葉を採用して広めたもので、本人が考案者だと主張したことはない。
Q 15光やX線を激しく放出する中性子星を何と呼ぶ？
パルサー
超新星爆発のあと、ほとんど中性子だけからなる核が残されて生まれる天体である。
Q 16超新星爆発の後も核が永久に縮み続けるのは、太陽の約何倍以上の質量の星？
30倍
自己重力が中性子の核の縮退圧を上回るためで、星の収縮を押し留めるものは何も無い。
Q 172011年にJAXAと共にブラックホールの位置の特定を発表した機関は？
国立天文台
地球から約5440万光年彼方の銀河に潜む超巨大ブラックホールの位置を、電波観測によって特定した。
Q 18重力波イベント名「GW150914」の数字は何を表している？
観測された日付
先頭のGWは、重力波を意味する英語Gravitational Waveの頭文字である。
Q 19何を飲み込んでも外からは同じに見えるブラックホールは「何がない」と表現される？
毛
青色巨星でも反物質でも、飲み込んだ対象の経過を隠してしまう。この定理はブラックホール物理学に革命を起こした。
Q 20人類が初めて直接撮影に成功したブラックホールがある楕円銀河は？
M87
おとめ座銀河団にある銀河で、その中心に位置する巨大ブラックホールは地球から約5500万光年先にある。
キップ・ソーン
授賞理由は、重力波の検出器とその観測への決定的な貢献だった。
Q 25「ブラックホール」の呼び名が定着する前、崩壊した星を意味した呼称は？
コラプサー
英語ではcollapsarと書く。black holeの語が印刷物に現れた最も古い例は、1964年の雑誌記事とされる。
Q 26巨大ブラックホールに星が吸い込まれる瞬間を初観測した全天X線監視装置は？
MAXI
国際宇宙ステーションの装置で、舞台は地球から39億光年離れた銀河の中心だった。JAXAが2011年8月25日に発表した。
Q 27GW150914の重力波信号が記録されていた時間の長さは？
0.2秒間
その間の8周期で、周波数は35ヘルツから250ヘルツへと増加し、同時に振幅も増加した。
Q 28ホーキングが『時空の大規模構造』を共同で執筆した相手は？
ジョージ・エリス
ブラックホールの定理をめぐる研究の多くをまとめた本で、後に古典の一つに数えられるようになった。
Q 29「black hole」の語を用いた最古の印刷物とされる記事を書いた記者は？
アン・ユーイング
1964年1月18日の『サイエンス・ニュースレター』に載った、アメリカ科学振興協会の会合を紹介する記事だった。
Q 30太陽質量の180億倍と1億倍のブラックホールの連星と判明したクエーサーは？
OJ 287
2008年に判明した。超大質量ブラックホールは、銀河同士の衝突で大質量ブラックホール同士が合体して生じると考えられている。