銀河のなかには中心に超巨大ブラックホールが存在するものがあり、ブラックホールにガスが落ち込むことによって莫大なエネルギーを放出していると考えられています。本講演では超巨大ブラックホールに関する話題と、日本も開発に協力している次世代超巨大望遠鏡TMTへの期待についてお話しました。

概要

日時

平成28年3月19日（土曜日）午後7時～午後8時30分

講師

尾崎 忍夫（おざき しのぶ）氏
国立天文台　先端技術センター／TMT推進室　専門研究員

講演プログラム(当日配布したレジュメより)

• 活動銀河中心核とは？
• 超巨大ブラックホールに関わる謎
• 超巨大望遠鏡TMTの紹介
• TMTへの期待
• 質疑応答

聴講者からの質問と講師回答

ブラックホール周辺のガスの密度がイメージできません。単位が億年とか光年と大きすぎて。地球の大気と比べると、どうなのでしょうか？（Hさん・男性・54歳）

1平方センチメートル内に原子または分子が何個あるかという個数密度を調べてみました。10Xとは10のX乗のことで、0がX個という意味です。
地球大気の密度：1019 個/平方センチメートル
ガス円盤密度：1014～1017 個/平方センチメートル
ブロードライン領域ガス雲：109 個/平方センチメートル
ナローライン領域ガス雲：102～106 個/平方センチメートル

(1)ダストトーラスとガス円盤が分離する理由は何か考えられているのでしょうか？ (2)回転する超巨大ブラックホールの場合、特異点がリング状になり、潮汐力も小さくなり、ブラックホール内に引きさかれる事なく入っていける可能性がるかもしれないという話を聞いたのですが、本当でしょうか？（Mさん・男性・34歳）

(1)説明が不十分でしたが、ダストトーラス内縁とガス円盤外縁はスムーズにつながっているか、分離しているかは分かっていません。ガス円盤はブラックホールにガスが落ち込むときに、円盤状の形態になることが物理的に予測されます。一方でダストトーラスは分厚くなければ観測事実を説明できないので分厚いと信じられていますが、なぜ分厚いかはまだ良く分かっていません。
(2)私はブラックホールの理論を十分に理解していないので、申し訳ありませんがこの質問にちゃんと答えることができません。ブラックホールを理論的に研究されている方に講演会をしてもらうとおもしろそうですね。

ブラックホールを超期間で見た場合に小さくなってゆく、蒸発してゆく可能性はないのでしょうか？でないと宇宙がすべてブラックホールによってしまうのでしょうか？（Oさん・男性・61歳）

講演会の質疑応答の時には、非常に小さなブラックホールの場合は蒸発する可能性が示されているが、超巨大ブラックホールは蒸発してしまう可能性はないだろうとお話ししました。しかし、宇宙が膨張し続けた場合、超巨大ブラックホールでも非常に長い時間をかけて蒸発してしまう可能性もあるようです。

ブラックホールの終えんは？（Cさん・男性・65歳）

上の質問の答えにあるように宇宙が膨張し続けると蒸発する場合もあるようです。また宇宙が収縮に転じる場合は宇宙の終焉がブラックホールの終焉となります。

星やガスがブラックホールに当たったら、それらはどなるのですか？（Aさん・男性・39歳）

ブラックホールには堅い地面のようなものはないので、「当たる」という表現よりも「吸い込まれる」という表現が良いかもしれません。ブラックホールに吸い込まれると、それはブラックホールの質量の一部になります。

(1)ブラックホールのに星が落ち込むことはあるのですか？ (2)ナローライン領域とブロードライン領域の説明をもう少し詳しく教えて下さい。ふきだすジェットに違いがあるということですか？ (3)宇宙年齢100億年に宇宙が明るくなった？ （Aさん・女性・40歳）

(1)可能性としてはあります。多くの場合にはブラックホールに落ち込む前に、潮汐作用でばらばらになり、ガス円盤の一部になります。ガス円盤は回転しながら、一部はブラックホールに吸い込まれ、一部はジェットやガス円盤の強烈な光のために吹き飛ばされると考えられています。
(2)ブロードライン領域とは多くのガス雲がブラックホール近くで高速運動している領域と思われています。それらガス雲はブラックホール周囲をそれぞれ無秩序な軌道で回転運動しているという説もありますが、非常に小さな領域なので観測的に構造を捉えることができていません。ナローライン領域はサイズが100光年程度あるいはそれ以上あるので、観測的に構造が見えている天体も多くあります。ナローライン領域は中心のガス円盤からの強烈な光、もしくは中心からの高速なガス流が周囲のガスに衝突することによる衝撃波で電離されている領域です。ナローライン領域のガス雲は中心から外に向かって吹き飛ばされているものもあれば、中心へ落ち込んでいるものや、銀河回転に乗って回転しているものもあります。
(3)約100億年前の話ですので、宇宙年齢だと40億年程度になります。約100億年前に宇宙では星が今よりも活発に作られたと考えられています。なぜ活発だと分かるかというと、ご質問の通り100億後年先の銀河の明るさを測ると、今よりも明るいからです。

ブラックホールに太陽系ものみこまれることがありますか？ （？さん・？・？歳）

もしブラックホールが太陽系の近くにあれば、そのようなことも考えられますが、幸い近くにブラックホールは見つかっていません。

ブラックホールに重さがあるという意味が良くわからないのですが。（？さん・？・？歳）

物質を押しつぶしていくと、重さはそのままで体積が非常に小さくなっていきやがてブラックホールになります。なのでブラックホールにも重さはあります。実際、非常に小さな領域に非常に大きな質量が集中していないと説明できない天体現象（活動銀河中心核もその一つ）も確認されています。

ジェットの発生メカニズムを教えて下さい。（？さん・男性・28歳）

いろいろと提案されています。中でも有力なのではないかと考えているのは、磁場が関係した発生メカニズムです。ブラックホール周辺の磁場が絡み合って、やがて磁力線が切れたときに莫大なエネルギーを放出するのですが、これがジェットを加速する機構だと考えられています。また磁場ならば、ジェットが広がるのを防げるので、ジェットの細長い構造を説明することができます。

(1)ブラックホールは重力場なのに、ジェットを放射するのはなぜですか？ (2)TMTの492枚の鏡は、1枚の鏡として性能を出すために、1枚1枚研磨条件を変えているのですか？ （Tさん・男性・53歳）

(1)ブラックホールからジェットが出ているわけではなく、ブラックホールの近くから出ています。
(2)その通りです。492枚のうち同じ表面形状のものは6枚しかありません。

ブラックホールは星の生命の終りと、消える過程で散った元素から新星も生まれる？（Kさん・女性・？歳）

重い星は一生の最期に超新星爆発と呼ばれる大爆発を起こし、中心部はブラックホールになりますが、外周部分は吹き飛ばされます。吹き飛ばされた外周部分には星内部での核融合や爆発の過程で形成された様々な元素が含まれています。それら吹き飛ばされた物質はやがて冷えて凝集し、新たな星の材料になります。

「宇宙の中のガス」とお話がありました。この「ガス」とは何のことですか？（Wさん・男性・65歳）

気体状の原子や分子のことです。

①ブラックホー(1)ブラックホールの中には何があるのでしょうか？ (2)TMTのカメラは日本のメーカーが作ってるんですか？キャノンとかオリンパスですか？ （Mさん・女性・38歳）ルの中には何があるのでしょうか？ ②TMTのカメラは日本のメーカーが作ってるんですか？キャノンとかオリンパスですか？ （Mさん・女性・38歳）

(1)これは難しい質問ですね。ブラックホールを理論的に研究されている方ならば何か答えをお持ちかもしれませんが、私には答えられません。現代物理で表現できるかどうかも怪しそうです。
(2)私が携わっているということもあり、今回の講演でWFOSという装置の話を少し詳しくしました。そのWFOSのカメラシステム部を日本が検討していると紹介しましたが、今はまだ初期検討段階で、どこの業者に作ってもらうということは決まっていません。

TMTの開発を進めていく上で、苦労された点があれば教えて欲しいです。（Pさん・男性・32歳）

国際協力に関係するところが多いです。装置開発に対する文化の違いを感じたり、WEB会議だと相手の表情が分からないので相手の本意を理解しにくかったりします。

(1)ブラックホールのガスはどうゆうガスですか？わかりやすくお願いします。 (2)TMTが進化しすぎたらビックバンが見れますか？ （Mさん・男性・29歳）

(1)ブラックホールにガスがあるというわけではなく、ブラックホールの周囲にガスが存在しています。
(2)残念ながらビックバンを見ることはできません。ビックバン直後は非常に密度が高く、光は直進することができません。この状況は、泥水を透かして向こう側が見えない状況に似ています。我々が見ることのできる最も宇宙初期は「宇宙の晴上り」と呼ばれる時期です。この時期以降は密度も下がり、電子が原子核に捕えられて、光が真っ直ぐ進めるようになります。

(1)銀河の中心にブラックホールが必ずあるとは限らないという説明の様だったが、ブラックホールがない銀河の中心は何があるのか？ (2)TMTで138億光年以上観測できる様になれば、ビックバンの様子が観測できるのか？ （Yさん・女性・34歳）

(1)講演会では中心で非常に明るく輝く銀河の話をしました。しかし多くの銀河は中心でそれほど明るく輝いていません。しかし中心で明るく輝いていない銀河の中心にも超巨大ブラックホールがあるという研究結果が多くあります。今ではほとんどの銀河の中心には超巨大ブラックホールがあるのではないかとも考えられています。 もちろん中心にブラックホールがない銀河もあります。そのような銀河の中心には、特に何もありません。
(2)上記をご参照ください。

TMTによってどのくらい遠くの距離を見る事が出来るのか。COBE衛星で観測した宇宙背景放射を鮮明に観測できるのか？（Yさん・男性・49歳）

COBE衛星で観測した宇宙背景放射はマイクロ波と呼ばれる電波ですので、可視光と赤外線を対象にするTMTでは観測することができません。TMTは宇宙で最初に形成された星の超新星爆発や宇宙で最初に形成された銀河などを観測できるだろうと期待されています。

(1)銀河はブラックホールに寄せられて円盤型なのでしょうか？ (2)望遠鏡は大きい方がより遠くを見えるものなのでしょうか？ （？さん・？・？歳）

(1)銀河中心にある超巨大ブラックホールは非常に大きな質量をもっていますが、さすがに銀河全体に影響を及ぼすほどではありません。銀河全体の形態を決めているのは星々とダークマターだと考えられています。
(2)一般的にはそのような考え方で合っています。しかし補償光学という技術を使ったり、宇宙に望遠鏡を持っていくことで、シャープなイメージを得られるので、同じ大きさの望遠鏡でも、より遠くを見ることができるようになります。

銀河系の中の100億万の星について1つ1つの大きさはどれ位ですか？イメージしにくいので、具体的に知りたいです。（Cさん・女性・40歳）

例えば太陽がお隣のアンドロメダ銀河にあった場合を考えてみると、その直径は角度で3.3x10-13 ° = 3.3x10-9秒角となります。これは月面上で0.04um（ミクロン）の大きさに相当します。これでもイメージしにくいですよね、、、。

ハワイの反対運動のニュースを耳にしましたが、その辺りはどのような現状でしょうか？ （Sさん・男性・？歳）

国立天文台TMT推進室の以下のWEBページで詳しい内容を報告していますので、ご覧下さい。
http://tmt.nao.ac.jp/know/mauna_kea.html（外部サイトが別ウィンドウで開きます）
http://tmt.nao.ac.jp/info/525外部サイトが別ウィンドウで開きます）
http://tmt.nao.ac.jp/info/555外部サイトが別ウィンドウで開きます）

(1)TMTの建設差し止め問題は、現状はどうなっているでしょうか？ (2)すばる望遠鏡で視力600、アルマで6000といわれますが、TMTは？ (3)ジェームズ・ウエッブ宇宙望遠鏡はライバルでしょうか？ （Tさん・男性・52歳）

(1)上記をご参照ください。
(2)単純計算をすると、すばる望遠鏡の4倍ですので、視力2400となります。
(3)ジェームズ・ウエッブ宇宙望遠鏡は大気の影響を受けない観測をできますが、口径は6.5メートルです。一方でTMTは口径が30メートルと非常に大きいですが、大気の影響を受けます。しかし大気による星像の広がりを補正する補償光学システムが搭載されます。これらを考慮して比較を行うと、お互いに得意不得意分野があることが分かっているので、相補的な関係になります。

TMTは風通しよくできているということですが、粉じん対策はどうなっているのですか？ （Iさん・女性・？歳）

鏡を洗浄したり再蒸着することで対策します。洗浄は2週間に1回の頻度で、すばる望遠鏡でも行われているドライアイスを用いた洗浄を行います。また1ヶ月に20枚の割合で主鏡セグメントを再蒸着します。

ハワイの原住民の人との関係はうまくいっていますか？ （Tさん・女性・？歳）

TMT建設に反対されている一部の方々には計画に誤解を持っていらっしゃる方もいるようなので、 話し合いを進めながら理解を得られるように努力しています。

(1)遠くの銀河を探すポイント。めったやたらに探している訳ではないと思うのですが、、探すポイント（場所）の目当てはつけているのですか？ (2)TMTの建設ハワイ土地の住人の方々との和解はされたのですか？（Sさん・女性・57歳）

(1)ハッブル宇宙望遠鏡やすばる望遠鏡を用いた深宇宙探査がなされた天域の選考に際しては　近くに明るい星や銀河がないこと、光を吸収してしまう暗黒星雲がない（あるいは、少ない）ことなどが考慮されました。
(2)上記をご参照ください。

TMTにかかる費用はどのくらいですか？（Sさん・女性・？歳）

建設費総額は約1500億円と見積もられています。

(1)TMTは、いくら費用がかかりますか？ (2)マウナケアに環境問題があると聞いたことがありますが？ （Fさん・男性・66歳）

(1)上記をご参照ください。
(2)国立天文台TMT推進室の以下のWEBページで詳しい内容を報告していますので、ご覧下さい。
http://tmt.nao.ac.jp/know/mauna_kea.html#topic_01（外部サイトが別ウィンドウで開きます）

TMTの完成をとても楽しみにしていて、施設内に名前を載せられるプロジェクトにも応募しました！尾崎さんが、もしTMTで自由に観測が行えるとしたら具体的にどの天体のどういう点を観測してみたいですか？ （Rさん・女性・26歳）

銀河の成長過程において超巨大ブラックホールも成長し、ブラックホール周囲からの莫大なエネルギー放出によって銀河内のガスが吹き飛ばされるかもしれないと考えられています。そのような天体を観測して、本当に超巨大ブラックホールが関わっているのかどうかを確かめたいと思っています。

質疑応答の際に先生が希望されていることと実際に観測させてもらえるか分からないと話されていたが、他にどういったものを観測したいといった希望が挙がっているのか？また、それは共同開発に携わっている国ごとに異なるものなのか？（Bさん・男性・37歳）

少し説明不足でした。TMTを使いたい研究者は大勢いるので、全員が使えるわけではありません。研究者は観測提案を出し、優れた提案に対してだけ、TMTを使う許可がおります。

TMTを作ることを提案した国はどこですか？又、設計を担当した国はどこですか？（？さん・女性・44歳）

すばる望遠鏡をはじめとする現在最大級の望遠鏡が完成した後、各国で次世代の30m級望遠鏡に関する　検討が始まりました。日本でもJELTという計画がありました。しかしそれぞれの計画が単独で建設するのは難しいため、いくつかの計画がまとまりTMTという国際共同プロジェクトとなりました。設計は参加している各国で分担して進めています。

国際協力の参加国、イギリス、フランス、ドイツ、ロシアは参加していないが、なぜか。 （Yさん・男性・７０歳）

フランス、ドイツ、イギリスはヨーロッパで推進されている超巨大望遠鏡計画E-ELTに参加しています。アメリカではTMT以外にカーネギー天文台などが推進しているGiant Magellan Telescope（GMT）という超巨大望遠鏡計画もあります。ロシアは今のところ、どの超巨大望遠鏡計画にも参加していません。

大気がないから、人工衛星の方が地上の望遠鏡よりもより遠くがよりきれいに見えるはずなのですが、わざわざ地上に望遠鏡をつくる利点は何ですが？（Nさん・女性・15歳） 宇宙望遠鏡なら大気のゆらぎがないので解像度が上がります。地上で観測するメリットは何ですか？ （Dさん・男性・69歳） 宇宙に大望遠鏡を作る計画はないのでしょうか。大気に左右されない望遠鏡もありなのではと思います。 （Oさん・男性・39歳）

確かに宇宙の方がシャープなイメージが得られるのですが、最近の補償光学技術の進歩によって地上でも宇宙空間に匹敵するほどシャープなイメージが得られるようになってきました。また望遠鏡の大きさが大きいほど多くの光を集められるので、より暗い天体までみえるのですが、宇宙に大きな望遠鏡を作るのはまだ技術的に難しいです。現在地上望遠鏡の最大口径は10メートルですが、宇宙望遠鏡は2.4メートルです。次世代超巨大望遠鏡計画は口径約30メートルですが、アメリカで計画中の次世代宇宙望遠鏡Jemes Webb Telescope(JWST)は6.5メートルです。

宇宙はビックバンから始まったといわれていますが、無から今でも拡大していることをどう理解したら良いのでしょうか？ （Sさん・男性・57歳）

無から始まったというのは理論的仮説ですが、宇宙が膨張しているというのは観測事実なのでそれは認めるしかなさそうです。

宇宙人はいますか？（Nさん・男性・？歳）

今のところ宇宙人の存在は確認されていません。しかし、銀河が無数に存在しそれぞれの銀河に約1000億個の星が存在するので、個人的にはいてもおかしくないだろうと思っています。ただ宇宙は広大で巡り合える確率はとても低いかもしれませんね。