ブラックホールに落ちたらどうなる？事象の地平線の向こうへの旅を一歩ずつ
ブラックホールは、重力があまりに強く、ある距離を越えると何も、光でさえも戻ってこられない場所です。その境目を事象の地平線と呼びます。では、もしあなたが落ちたら、実際には何が起こるのでしょうか。
意外なことに、答えはほとんどブラックホールの大きさだけで決まります。小さなブラックホールなら、近づくずっと手前で体が引き裂かれます。巨大なブラックホールなら、何も感じないまま「帰れない地点」を通り過ぎることができます。本物のブラックホールと本物の数字で、落下を一歩ずつ追ってみましょう。
落ちてみる3つの本物のブラックホール
- Gaia BH1：太陽の約9.6倍の質量で、距離は約1,560光年。知られている中でいちばん近いブラックホールです（El-Badry ほか、2023年）。事象の地平線の半径はわずか約28 kmで、車なら30分で横切れる大きさです。
- いて座A*（Sgr A*）：天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールで、太陽の約430万倍の質量、距離は約27,000光年。地平線の半径は約1,270万 kmで、太陽の半径のおよそ18倍です。2022年に事象の地平線望遠鏡が初めての画像を公開しました。
- M87*：銀河M87の中心にある巨大なブラックホールで、太陽の約65億倍の質量。2019年に史上初めて撮影されたブラックホールです。地平線の半径は地球と太陽の距離の約128倍で、冥王星の軌道のおよそ3倍の遠さに相当します。
地平線の半径は質量に比例し、太陽質量1つあたり約2.95 kmです（シュヴァルツシルト半径、2GM/c²）。
ステップ1：接近、空がゆがみはじめる
体に何かが起こるよりずっと前に、まず景色が変わります。ブラックホールは周りの光を曲げるので、その背後の星は弧や輪のように引き伸ばされます。見えている黒い円、つまりブラックホールの影は、地平線そのものの約2.6倍の幅があります。近すぎる光は吸い込まれてしまうからです。事象の地平線望遠鏡の画像で、光る輪の内側にある暗い部分がこれです。
落ちていくにつれて影は視界の中でどんどん大きくなり、ゆがんだ宇宙の残りの景色は、その一部に押し込められていきます。
ステップ2：潮汐力、小さなブラックホールの問題
命を奪うのは重力そのものではなく、体の各部分にかかる重力の差です。ブラックホールに近い足は、頭よりも強く引っ張られます。この引き伸ばしを「スパゲッティ化」と呼びます。
小さなブラックホールの近くでは、この効果は容赦ありません。Gaia BH1 のような太陽質量10倍のブラックホールでは、身長2 mの人にかかる引き伸ばしは、中心から約1,700 km、つまり地平線のはるか外側ですでに約100 Gに達し、地平線では約2,000万 Gになります。地平線を越えるずっと前に、原子の流れになってしまうでしょう。
超大質量ブラックホールの近くでは、潮汐力は穏やかです。地平線が中心からとても遠いからです。いて座A*の地平線では、体にかかる引き伸ばしは約1万分の1 Gで、エレベーターで感じるよりもはるかに小さなものです。M87*ではさらに小さくなります。
ステップ3：事象の地平線を越える
ここがいちばん不思議なところです。いて座A*に落ちる場合、地平線では特別なことは何も起こりません。壁も、閃光も、目印もありません。時計はふつうに進み、体にも何の異変も感じません。地平線は物ではなく、外へ向かうあらゆる道が内向きに変わってしまう場所にすぎないのです。
遠くから見ている友人には、まったく違う光景が見えます。あなたからの信号は届くのがどんどん遅くなり、赤く、暗くなっていきます。友人には、あなたが実際に地平線を越える瞬間は決して見えません。あなたは止まったように見え、暗闇の中に消えていきます。どちらの見え方も正しいのです。それが一般相対性理論です。
ステップ4：最後の数秒
いったん内側に入ると、未来は中心の特異点へと向かいます。明日が今日の次に来るのと同じくらい確実に。ロケットを噴射しても助かりません。かえって早く着いてしまうだけです。
残された時間はどれくらいでしょうか。遠くから落ちてきた場合、地平線を越えてから中心に着くまでに、あなた自身の時計で経過する時間は次のとおりです：
- 太陽質量10倍のブラックホール：約100万分の66秒
- いて座A*：約28秒
- M87*：約12時間
終わりが近づくと、巨大なブラックホールの中でも潮汐力は際限なく強まり、最後にはスパゲッティ化が追いついてきます。特異点そのもので何が起こるのかは分かっていません。そこは今の理論が通用しなくなる場所なのです。
小さいのと大きいの、どちらを選ぶ？
もし選ばなければならないなら、大きいほうです。小さなブラックホールは地平線の外であなたを引き裂きます。超大質量ブラックホールなら、無傷のまま帰れない地点を越え、30秒ほど辺りを見回して、誰も見たことのない景色を目にすることができます。
どちらも、いますぐブラックホールに落ちるシミュレーターで試せます。いて座A*、M87*、Gaia BH1 について、光の進む道とあなたの時計をリアルタイムで計算します。
よくある質問
ブラックホールに落ちても生き残れますか？ 長くは生きられません。小さなブラックホールでは、事象の地平線に着く前に潮汐力で引き裂かれます。いて座A*のような超大質量ブラックホールなら無傷で地平線を越えられますが、その後およそ30秒で特異点に達するのを止める方法はありません。
スパゲッティ化とは何ですか？ 潮汐力によって物体が引き伸ばされることです。重力はブラックホールに近い側を遠い側より強く引くため、体は落ちる方向に引き伸ばされ、横からは押しつぶされます。
事象の地平線を越えたら、何かが逃げ出すことはできますか？ できません。地平線の内側では、光の道すじも含めて、あらゆる道が内側へ向かいます。それこそが地平線の定義です。
特異点に着くまでどれくらいかかりますか？ ブラックホールの質量によります。遠くから落ちた場合、いて座A*では地平線から特異点まで自分の時間で約28秒、太陽質量10倍のブラックホールでは約100万分の66秒、M87*では約12時間です。
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出典
- Event Horizon Telescope Collaboration (2022), First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I, ApJL 930, L12: image of Sgr A*, mass about 4 million Suns. doi:10.3847/2041-8213/ac6674
- GRAVITY Collaboration (2019), A geometric distance measurement to the Galactic center black hole with 0.3% uncertainty, A&A 625, L10: mass 4.15 million Suns, distance 8.18 kpc (about 26,700 light-years); later work gives about 4.3 million. doi:10.1051/0004-6361/201935656
- Event Horizon Telescope Collaboration (2019), First M87 Event Horizon Telescope Results. I, ApJL 875, L1: mass 6.5 billion Suns. doi:10.3847/2041-8213/ab0ec7
- El-Badry et al. (2023), A Sun-like star orbiting a black hole, MNRAS 518, 1057: Gaia BH1, 9.6 solar masses, 480 pc. doi:10.1093/mnras/stac3140
- NASA Science, Black Holes. https://science.nasa.gov/universe/black-holes/
導いた数値は教科書どおりのシュヴァルツシルト解によるものです：地平線の半径 2GM/c²（太陽質量1つあたり2.95 km）、長さLの物体にかかる潮汐の引き伸ばし 2GML/r³、遠くから落ちた場合の地平線から中心までの時間 (4/3)·GM/c³、影の半径 √27·GM/c²（地平線半径の約2.6倍）。自転によってこれらの値はわずかに変わります。