【創造栽培プログラム】ブラックホールからエネルギーを得ることは可能か？

著者: ゴウ・リージュン

今回はブラックホールのエネルギーについてお話します。実際、ブラックホールからエネルギーを得ることは可能です。しかし、ブラックホールのエネルギーを理解するには、まずブラックホールの形成について話さなければなりません。宇宙にはさまざまな質量の星が存在します。太陽とほぼ同じ質量のものもあれば、太陽よりも小さいもの、太陽よりも大きいもの、そして太陽よりもはるかに質量の大きいものもあります。既存の恒星進化理論によれば、太陽と同程度か、太陽の約8倍未満の質量を持つ天体が死ぬと、恒星の中心部は白色矮星になると考えられています。太陽の8倍から20倍の質量を持つ天体は、最終的に死ぬと中性子星になります。初期質量が太陽の約 20 倍の天体の場合、星の中心部は最終的に崩壊してブラックホールを形成します。ブラックホールは、他の天体を支える力が知られていないために形成されます。

ブラックホールは通常、シュワルツシルトブラックホールとカーブラックホールに分けられます。シュワルツシルトブラックホールは回転しないブラックホールですが、カーブラックホールは回転するブラックホールです。もちろん、私たちが通常想像するのは、ブラックホールを回転させるエネルギーが何らかの方法で抽出できるということです。そうだとすると、シュワルツシルトブラックホール、つまり回転しないブラックホールの場合、抽出できるエネルギーは存在しないはずであると考えられます。しかし、そうではありません。現在の発表によれば、回転しないブラックホールの場合、抽出できるエネルギーは約 6% になるはずです。これは実は私たちの通常の理解とは少し異なります。回転するブラックホールの場合、ブラックホールの事象の地平線の回転速度は光速に近づく可能性があることがわかっているので、この時点でブラックホールから抽出できるエネルギーは42％近くになり、これはすでに非常に高い値です。私たちが目にするブラックホールの質量には、実はブラックホールの回転エネルギーも含まれています。

天体物理学では、ブラックホールの周りには通常、降着円盤が存在します。降着円盤内の物質の一部はゆっくりとブラックホールに落ち込み、物質の別の部分はブラックホールの回転軸に沿って放出されます。天文学では、回転軸に沿って飛び出す物質を噴出物質またはジェットと呼びます。では、物質のこの部分のエネルギーメカニズムは何でしょうか?実は、それはブラックホールの回転エネルギーであり、上で述べたエネルギーなのです。このエネルギーを人工的に抽出することはできるでしょうか?以前、普通の星の周囲にダイソン球を配置して、星から放射されるエネルギーを抽出するというアイデアを思いついた人がいました。これは私たちが知っている一般的なダイソン球です。この考えに基づいて、ブラックホールの周囲に同様のダイソン球を配置することを考えた人もいました。もちろん、この装置はより複雑で、ブラックホールの回転エネルギーを集めて利用します。ノーベル賞を受賞したキップ・ソーンは、人気科学書『ブラックホールとタイムワープ』の中で、ブラックホールのエネルギーを抽出する方法について言及したことがある。さらに、ブラックホールの周囲に惑星が存在する可能性についての理論的研究もいくつかあります。最終的な結論としては、ブラックホールの周囲のガス円盤が一定の放射線を発することができるため、ブラックホールの周囲にも惑星が存在する可能性があるということになります。

では、ブラックホールのエネルギーを本当に利用できるのでしょうか? 1960 年代初頭、旧ソ連の宇宙学者カルダシェフは、文明が習得し利用できるエネルギーのレベルと総量に基づいて、宇宙文明の 3 段階モデル​​を提唱しました。第一レベルの宇宙文明は惑星文明とも呼ばれ、地球上のすべてのエネルギーと資源を活用できることを意味します。第 2 レベルの宇宙文明は恒星文明であり、恒星系全体のすべてのリソースを活用できることを意味します。レベル 3 の文明は銀河文明であり、銀河全体の資源を活用できることを意味します。現在の人類の能力によれば、私たちはまだ文明の第 1 レベル、つまりレベル 0.7 にいます。先ほど述べたブラックホールについては、まだ恒星のレベルにあり、次の文明にまで到達するはずです。私たちはそれに触れることすらできない。

ブラックホールのエネルギーを利用できる段階にはまだ達していませんが、まずは私たちがこのブラックホールの周りに住んでいるかどうかを検討する必要があります。天の川銀河には数億個の恒星質量ブラックホールがあると推定されていますが、これまでに発見された恒星質量ブラックホールは 100 個未満です。これら100個未満のブラックホールのうち、正確に測定されたのは20～30個未満であり、氷山の一角にすぎません。現在の理解によれば、ブラックホールの中にはゆっくり回転するものもあれば、速く回転するものもあるため、異なるブラックホールから抽出できるエネルギーも異なるはずです。現在の理解によれば、地球または太陽に最も近い恒星質量ブラックホールは A0620 であり、これを発見した衛星にちなんで名付けられています。このブラックホールは私たちから約3,000光年離れているため、非常に遠くにあり、現時点ではそのエネルギーを利用できる可能性は低いです。

この質問に対する簡単な答えは、回転するブラックホールであろうと回転しないブラックホールであろうと、理論的にはブラックホールからエネルギーを取り出すことができるが、

距離が長すぎる上、現在のレベルは私たちが活動するには低すぎます。将来の人類がそれを実現できることを願っています。

この記事は科学普及中国創造育成プログラムによって制作されました。転載の際は出典を明記してください