なぜブラックホールから光は出られないのか

よくあるイメージはこうです。地球から飛び去るには毎秒約11キロメートルの速さが必要で、天体が重いほど、より速さが必要になります。ブラックホールでは、そのしきい値が光速より上にあるだけで、光より速く飛ぶものはないように思えます。答えは合っていますが、理由は違います。光は加速もせず、競走に負けるわけでもありません。

光速はいつも同じです。変わるのは光速ではなく、時空そのものです。質量が時空を曲げ、光線は行ける軌道のなかで最もまっすぐな道を進みます - 飛行機が「まっすぐ」飛んでいても、地図では弧を描くようなものです。太陽の近くではこの曲がり方はごくわずかですが、何度も測定されています。

ブラックホールの近くでは、曲がり方が限界に達します。地平面のすぐ上なら、真上に向けた光線はまだ抜け出せますが、斜めに向けた光線は上がってから曲がり、また落ち戻ります。地平面に近づくほど、この脱出できる円すいは狭くなり、地平面そのものではつぶれます。その下には、離れていく方向が1つもありません。

2019年、銀河M87にある超大質量ブラックホールの周辺を写した最初の画像が公開されました。光っているのはブラックホール自体ではなく、その周りの灼熱のガスです。明るいリングの一部は、ブラックホールを弧を描いて回り込み、それでも私たちへ届いた光線です。中央の暗い斑点は地平面そのものより目立って大きく、近くを通った光線も内側へ曲げられます。

移り変わる帯もあります。ほとんど境界そのもので放たれた光は、私たちまで届きますが、引き伸ばされます。波長が長くなり、光子はだんだん届きにくくなります。内側へ落とした懐中電灯は、外から見ると一度に消えるのではなく、赤くなって暗くなり、やがて完全に消えます。

いちばん誤解を招きやすいのは「吸い込む」という言葉です。遠くからなら、ブラックホールの引力は同じ質量のどんな天体ともまったく同じです。もし太陽が突然ブラックホールになっても、惑星の軌道はずれません - ただ暗く、冷たくなるだけです。特別なことが起きるのは、地平面のすぐ近くだけです。