ブラックホール解明の第一歩！？その名も「野良ブラックホール」(志野 渚) 皆さん、こんにちは。科学コミュニケーターの志野 渚（しの なぎさ）です。

ブラックホール解明の第一歩！？その名も「野良ブラックホール」(志野 渚)

皆さん、こんにちは。科学コミュニケーターの志野　渚（しの　なぎさ）です。
今回も前回に引き続き星愛（望遠鏡愛）全開でお伝えしたいと思います！前回のブログ（http://blog.miraikan.jst.go.jp/other/201802084-123jcmt.html）でお話したハワイにある電波望遠鏡JCMT、この望遠鏡を使ってわかった宇宙の謎はたくさんあります。その中の一つを今回のブログで紹介しましょう。その名も「野良ブラックホール」！（ね、面白そうでしょう？）さあ、どんな研究なのでしょうか。

（JCMTの後ろ側　提供：JCMT/EAO）

　皆さん、ブラックホールをご存知ですか？ 聞いたことがある、という人もいると思います。光すら逃げ出すことができないと言われているアレです。光を放たないので観測はとても難しくよく分かっていないことがたくさんあります。皆さんはブラックホールってどれくらい存在すると思いますか？

　私たちの太陽系がある天の川銀河の中心にもブラックホールはあります。銀河の形を維持できるほどのブラックホールですから、とてつもなく大きいものです。私は昔、天の川銀河内にあるブラックホールは中心にある1個のみだと思っていました。ところが、天文学者の計算では、天の川銀河だけでブラックホールが数億個も存在していると考えられているのです（多すぎ！）。

　でもさきほどもお話した通り、ブラックホールは存在を確認することがとても難しいのです（だって、光がにげられないのだから、直接に"見る"ことはできないのです）。ではやっぱり、ブラックホールを観測するのは不可能なのでしょうか？実はそうではないのです。確かに直接ブラックホールを観測することは現在ではできていません。しかし、いくつかのブラックホールは観測されています。一体どうやったかというと、ブラックホールの周りにあるものから、その存在を突き止めるのです。ブラックホール周辺のガスは、ブラックホールの中に落ちていくときに強いX線 を出しています。そのX線のおかげで、そこにブラックホールが存在するとわかったわけです。でも、これらのブラックホールはまれだと考えられています（なんで？って思いましたか？思いますよね）。

　そもそもブラックホールはどうやってできるのか皆さんご存知ですか？おもに超新星爆発という天体現象のあとにできる天体だと考えられています。爆発するわけですから、周りのガスや塵は吹き飛ばされてしまってブラックホールの周りには何にもないと考えられています（だから、ブラックホールの周りに落ち込むガスがあるブラックホールはまれだと考えられているわけです）。そして、周りには何もないブラックホールは孤立していることから「野良ブラックホール」と命名されました。命名はされましたが、周りに何もなく、ブラックホール自身も光などを出すわけではないので、見つかりにくい存在でした。その野良ブラックホールが2017年7月に発見できたようだという発表が慶応大学の研究チームから発表されました。一体どうやって発見したのでしょう？
実はこの発見は偶然に見つかったものだったのです（天体観測ではたまにこういうことがあるんですよねぇ）。発見した研究チームの岡朋治教授や竹川俊也研究員の当初の目的は天の川銀河の中心付近を調べることでした。その時に観測に使用されたのが、前に私のブログで紹介した「JCMT」です！（どやっ！）

ここでちょっと皆さんに質問です！なぜ天の川銀河の中心付近を観測するのに、たくさんの望遠鏡の中で電波望遠鏡を使用したのでしょうか？皆さん分かりますか？答えはですね、分子ガスだからです。（は？と思いましたか？思いますよね。）天の川銀河にはもやもやしたガスの塊が中心にあるブラックホールの重力によって引き付けられています。このガスの塊（イメージは雲ですかね）は中身がスカスカです。なのであまり激しい天文現象は起こらず、温度も低いのです。こういう温度が低い領域は強い光を出すことができません（可視光はおろか赤外線も厳しい）。ところが、電波は温度が低くても放射されるので分子ガスの観測には持って来いなのです！（すごいでしょ！）

（分子ガス＆分子雲の電波観測についての図）

話は戻って「野良ブラックホール」です。当初の目的で直径約2万7000光年の天の川銀河の中心から約30光年の領域を観測し、そのデータを解析してみると観測した領域の中に妙な分子雲があることに研究チームは気づきました。分子雲とは分子ガスの密度が濃い領域のことです。さてどこが妙かといいますと、直径約3光年と小さいサイズの分子雲が、それを取り囲んでいる構造の分かっている大きな分子雲とは異なる動きをしていたのです。これはとても不思議なことです。なぜかというと、周囲に大きな分子雲があれば、それが影響を受けている重力に小さな分子雲も影響を受けるはずです。ところがです。小さな分子雲だけが個人プレーをしている。さてなぜか。そこで研究チームが2つの小さな分子雲を詳しく解析したところ、それぞれがとても重く、とてつもなく大きな運動エネルギーを持っていることが分かったんです。先ほどもお話したとおり、一般的に分子雲の中身はスッカスカのはずなのでそんなに重いはずはありません。また運動エネルギーも小さいはずです。はてさて、ではこの2つの妙な分子雲はどうして重くて大きな運動エネルギーを持っているのでしょうか？

研究チームが考えたメカニズムは「大きな分子雲にめちゃくちゃ重たい天体が高速で突っ込んできて、その天体の重力に大きな分子雲のガスの一部が引き寄せられて、それぞれに小さな分子雲となった」というものです。

研究チームではこのメカニズムから考えられる予測モデルを2つ考えました。それがこちら！
① 太陽の10倍以上の質量をもった天体が、秒速100キロの高速で分子雲に突入！
② 太陽と同じくらいの質量をもった天体が秒速1000キロの高速で分子雲に突入！

皆さんはどちらのほうがありえそうなモデルだと思いますか？難しすぎるって？まあ、そうですよね。（え、ヒントが欲しいって？）じゃあ、考えられる天体候補をいくつか。①番の候補天体はブラックホールやめちゃくちゃ重たい恒星、②番はめちゃくちゃ高速で動く太陽のような天体。（どうです？どっちがリアルにありそうですか？）研究チームはブラックホールだと考えました。彼らが考えた理由は２つ。
・妙な分子雲２つからはめちゃくちゃ重たい恒星の存在を確認することができなかったから。
・めちゃくちゃ高速で動く太陽のような天体は現在発見されていないから。
（確かに2つ目の理由のように太陽がめちゃくちゃ速く動くのは、あんまり想像できませんね。）
というわけで、妙な2つの分子雲はめちゃくちゃ速く動く「野良ブラックホール」に影響されて作られたはず！という結果になりました。

（野良ブラックホールの想像図　提供：慶応義塾大学）

　さて今回紹介したこの研究、妙な分子雲の理由を解明しただけではありません。（なぜって？）だって皆さん！この観測方法を使えば、今まで見つけることができなかったブラックホールを確認することができるということも示せたわけです（すごいですねぇ！ブラックホールが分かるようになるかもしれないなんて！！）。
　ここで皆さんに思い出してほしいのは、昨年2017年のノーベル物理学賞です。初めて観測された重力波はブラックホール同士が合体することで発生したものでした。ということはですよ、皆さん！天の川銀河の中心にある超巨大ブラックホールは今回発見された野良ブラックホールを最終的には飲み込んで、また成長するかもしれません。
今回の野良ブラックホールを含め、今まで全くよくわからなかったブラックホール。ですが、この謎について重力波や電波を使って少しずつですがブラックホールについてわかることが増えてきました。もしかすると、ブラックホールが解明される時がくるかもしれません。
どうですか？ワクワクしませんか？
　まだまだよくわからないことだらけのブラックホール。その謎を解くために私が紹介したJCMTのような電波望遠鏡が大活躍をしてくれることでしょう！
　Don't miss it!

【関連リンク】

慶応義塾大学HP（プレスリリース）

https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/2017/7/18/28-21984/

JCMTのHP

https://www.eaobservatory.org/jcmt/

執筆: 志野 渚(日本科学未来館 科学コミュニケーター)
小学生の頃、父と見に行った獅子座流星群をきっかけに天文学に興味をもつ。高校の部活で国立天文台野辺山に行き、45mの電波望遠鏡に一目惚れ。しかし、遊びほうけて高校卒業時には因数分解すらわからない状態に。やっぱり天文学がやりたい！と思い大嫌いな勉強を始め今に至る。大学院時代に参加した天文台の一般公開にスタッフとして参加したことがきっかけで科学コミュニケーションに興味をもち、2017年4月から未来館へ。 

本記事は「日本科学未来館 科学コミュニケーターブログ」から提供を受けております。著作権は提供各社に帰属https://news.mynavi.jp/article/20180316-601597/

とても興味深く読みました：ゼロ除算の発見4周年を超えました：

再生核研究所声明 375　(2017.7.21)：ブラックホール、ゼロ除算、宇宙論

                        

本年はブラックホール命名５０周年とされていたが、最近、wikipedia で下記のように修正されていた：

名称[編集]                                    

"black hole"という呼び名が定着するまでは、崩壊した星を意味する"collapsar"^[1]（コラプサー）などと呼ばれていた。光すら脱け出せない縮退星に対して "black hole" という言葉が用いられた最も古い印刷物は、ジャーナリストのアン・ユーイング (Ann Ewing) が1964年1月18日の Science News-Letter の "'Black holes' in space" と題するアメリカ科学振興協会の会合を紹介する記事の中で用いたものである^[2][3][4]。一般には、アメリカの物理学者ジョン・ホイーラーが1967年に "black hole" という名称を初めて用いたとされるが^[5]、実際にはその年にニューヨークで行われた会議中で聴衆の一人が洩らした言葉をホイーラーが採用して広めたものであり^[3]、またホイーラー自身は "black hole" という言葉の考案者であると主張したことはない^[3]。https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%83%E3%82%AF%E3%83%9B%E3%83%BC%E3%83%AB

世界は広いから、情報が混乱することは　よく起きる状況がある。ブラックホールの概念と密接な関係のあるゼロ除算の発見（２０１４．２．２）については、歴史的な混乱が生じないようにと　詳しい経緯、解説、論文、公表過程など記録するように配慮してきた。

ゼロ除算は簡単で自明であると初期から述べてきたが、問題はそこから生じるゼロ除算算法とその応用であると述べている。しかし、その第１歩で議論は様々でゼロ除算自身についていろいろな説が存在して、ゼロ除算は現在も全体的に混乱していると言える。インターネットなどで参照出来る膨大な情報は、我々の観点では不適当なものばかりであると言える。もちろん学術界ではゼロ除算発見後３年を経過しているものの、古い固定観念に囚われていて、新しい発見は未だ認知されているとは言えない。最近国際会議でも現代数学を破壊するので、認められない等の意見が表明された（再生核研究所声明371（2017.6.27）ゼロ除算の講演―　国際会議　https://sites.google.com/site/sandrapinelas/icddea-2017　報告）。そこで、初等数学から、５００件を超えるゼロ除算の証拠、効用の事実を示して、ゼロ除算は確定していること、ゼロ除算算法の重要性を主張し、基本的な世界を示している。

ゼロ除算について、膨大な歴史、文献は、ゼロ除算が神秘的なこととして、扱われ、それはアインシュタインの言葉に象徴される：

Here, we recall Albert Einstein's words on mathematics:

Blackholes are where God divided by zero.

I don't believe in mathematics.

George Gamow (1904-1968) Russian-born American nuclear physicist and cosmologist remarked that "it is well known to students of high school algebra" that division by zero is not valid; and Einstein admitted it as {\bf the biggest blunder of his life} (Gamow, G., My World Line (Viking, New York). p 44, 1970).

ところが結果は、実に簡明であった：

The division by zero is uniquely and reasonably determined as 1/0=0/0=z/0=0 in the natural extensions of fractions. We have to change our basic ideas for our space and world

しかしながら、ゼロ及びゼロ除算は、結果自体は　驚く程単純であったが、神秘的な新たな世界を覗かせ、ゼロ及びゼロ除算は一層神秘的な対象であることが顕になってきた。ゼロのいろいろな意味も分かってきた。　無限遠点における強力な飛び、ワープ現象とゼロと無限の不思議な関係である。アリストテレス、ユークリッド以来の　空間の認識を変える事件をもたらしている。　ゼロ除算の結果は、数理論ばかりではなく、世界観の変更を要求している。　端的に表現してみよう。　これは宇宙の生成、消滅の様、人生の様をも表しているようである。　点が球としてどんどん大きくなり、球面は限りなく大きくなって行く。　どこまで大きくなっていくかは、　分からない。しかしながら、ゼロ除算はあるところで突然半径はゼロになり、最初の点に帰するというのである。　ゼロから始まってゼロに帰する。　――　それは人生の様のようではないだろうか。物心なしに始まった人生、経験や知識はどんどん広がって行くが、突然、死によって元に戻る。　人生とはそのようなものではないだろうか。　はじめも終わりも、　途中も分からない。　多くの世の現象はそのようで、　何かが始まり、　どんどん進み、そして、戻る。　例えばソロバンでは、願いましては　で計算を始め、最後はご破産で願いましては、で終了する。　我々の宇宙も淀みに浮かぶ泡沫のようなもので、できては壊れ、できては壊れる現象を繰り返しているのではないだろうか。泡沫の上の小さな存在の人間は結局、何も分からず、われ思うゆえにわれあり　と自己の存在を確かめる程の能力しか無い存在であると言える。　始めと終わり、過程も　ようとして分からない。

ブラックホールとゼロ除算、ゼロ除算の発見とその後の数学の発展を眺めていて、そのような宇宙観、人生観がひとりでに湧いてきて、奇妙に納得のいく気持ちになっている。

以　上

再生核研究所声明 394(2017.11.4): 　ゼロで割れるか　―　ゼロで割ったらユークリッド以来の新世界が現れた

ゼロで割る問題は、ゼロ除算は　Brahmagupta (598 -668 ?)以来で、彼は Brhmasphuasiddhnta（６２８）で　0/0=0 と定義していた。ゼロ除算は古くから物理、哲学の問題とも絡み、アリストテレスはゼロ除算の不可能性を述べていたという。現在に至っても、アインシュタイン自身の深い関心とともに相対性理論との関連で相当研究がなされていて、他方、ゼロ除算の計算機障害の実害から、論理や計算機上のアルゴリズムの観点からも相当な研究が続けられている。さらに、数学界の定説、ゼロ除算の不可能性（不定性）に挑戦しようとする相当な素人の関心を集めている。現在に至ってもいろいろな説が存在し、また間違った意見が出回り世間では混乱している。しかるに、　我々は、ゼロ除算は自明であり、ゼロ除算算法とその応用が大事であると述べている。

まずゼロで割れるか否かの問題を論じるとき、その定義をしっかりすることが大事である。　定義をきちんとしないために空回りの議論をしている文献が大部分である。何十年も超えて空回りをしている者が多い。割れるとはどのような意味かと問題にしなければならない。　数学界の常識、割り算は掛け算の逆であり、az =b　の解をb割るaと定義し、分数b/a　を定義すると考えれば、直ちにa=0の場合には、一般に考えられないと結論される。それで、ゼロ除算は神でもできないとか神秘的な議論が世に氾濫している。しかしながら、この基本的な方程式の解が何時でも一意に存在するように定義するいろいろな考え方が存在する。有名で相当な歴史を有する考え方が、Moore-Penrose一般逆である。その解はa=0　のとき、ただ一つの解z=0　を定める。よって、この意味で方程式の解を定義すれば、ゼロ除算 b/0,　b割るゼロはゼロであると言える。そこで、このような発想、定義は自然であるから、発見の動機、経緯は違うが、ゼロ除算は可能で、b/0=0 であると言明した。Moore-Penrose一般逆の自然性を認識して、ゼロ除算は自明であり、b/0=0 であるとした。

それゆえに、神秘的な歴史を持つ、ゼロ除算は　実は当たり前であったが、現在でもそうは認識されず混乱が続いている。その理由は、関数 W = 1/z　の原点での値をゼロとする考えに発展、適用するとユークリッド以来、アリストテレス以来の世界観の変更に繋がるからである。1/0は無限大、無限と発想しているからである。実際、原点の近くは限りなく原点から遠ざかり、限りなく遠くの点、無限の彼方に写っている歴然とした現象か存在する。しかるに　原点が原点に写るというのであるから、これらの世界観は　ユークリッド空間、アリストテレスの世界観に反することになる。それゆえに　Moore-Penrose一般逆は一元一次方程式の場合、意味がないものとして思考が封じられてきたと考えられる。

そこで、この新しい数学、世界観が、我々の数学や世界に合っているか否かを広範囲に調べてみることにした。その結果、ユークリッドやアリストテレスの世界観は違っていて、広範な修正が必要であることが分った。

そこで、次のように表現して、広く内外に意見を求めている：

 Dear the leading mathematicians and colleagues:

 Apparently, the common sense on the division by zero with a long and mysterious history is wrong and our basic idea on the space around the point at infinity is also wrong since Euclid. On the gradient or on derivatives we have a great missing since $\tan (\pi/2) = 0$. Our mathematics is also wrong in elementary mathematics on the division by zero.

I wrote a simple draft on our division by zero. The contents are elementary and have wide connections to various fields beyond mathematics. I expect you write some philosophy, papers and essays on the division by zero from the attached source.

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

The division by zero is uniquely and reasonably determined as 1/0=0/0=z/0=0 in the natural extensions of fractions. We have to change our basic ideas for our space and world

Division by Zero z/0 = 0 in Euclidean Spaces

Hiroshi Michiwaki, Hiroshi Okumura and Saburou Saitoh

International Journal of Mathematics and Computation Vol. 28(2017); Issue  1, 2017), 1

-16. 　

http://www.scirp.org/journal/alamt 　 　 http://dx.doi.org/10.4236/alamt.2016.62007 
http://www.ijapm.org/show-63-504-1.html 
http://www.diogenes.bg/ijam/contents/2014-27-2/9/9.pdf

http://okmr.yamatoblog.net/division%20by%20zero/announcement%20326-%20the%20divi

http://okmr.yamatoblog.net/

Relations of 0 and infinity

Hiroshi Okumura, Saburou Saitoh and Tsutomu Matsuura：
http://www.e-jikei.org/…/Camera%20ready%20manuscript_JTSS_A…

https://sites.google.com/site/sandrapinelas/icddea-2017

国内の方には次の文も加えている：

我々の初等数学には　間違いと欠陥がある。　学部程度の数学は　相当に変更されるべきである。しかしながら、ゼロ除算の真実を知れば、人間は　人間の愚かさ、人間が如何に予断と偏見、思い込みに囚われた存在であるかを知ることが出来るだろう。この意味で、ゼロ除算は　人間開放に寄与するだろう。世界、社会が混乱を続けているのは、人間の無智の故であると言える。

 三角関数や２次曲線論でも理解は不完全で、無限の彼方の概念は、ユークリッド以来　捉えられていないと言える。（２０１７．８．２３．０６：３０　昨夜　風呂でそのような想いが、新鮮な感覚で湧いて来た。）

ゼロ除算の優秀性、位置づけ ：　要するに孤立特異点以外は　すべて従来数学である。　ゼロ除算は、孤立特異点　そのもので、新しいことが言えるとなっている。従来、考えなかったこと、できなかったこと　ができるようになったのであるから、ゼロ除算の優秀性は歴然である。 優秀性の大きさは、新しい発見の影響の大きさによる（２０１７．８．２４．０５：４０）　

思えば、我々は未だ微分係数、勾配、傾きの概念さえ、正しく理解されていないと言える。　目覚めた時そのような考えが独りでに湧いた。

典型的な反響は　次の物理学者の言葉に現れている：

Here is how I see the problem with prohibition on division by zero, which is the biggest scandal in modern mathematics as you rightly pointed out（2017.10.14.8:55）.

現代数学には間違いがあり、欠陥がある、我々の空間の認識はユークリッド、アリストテレス以来　間違っていると述べている。

ゼロ除算の混乱は、世界史上に於ける数学界の恥である。そこで、数学関係者のゼロ除算の解明による数学の修正を、ゼロ除算の動かぬ、数学の真実にしたがって求めたい。詳しい解説を　３年を超えて素人向きに行っている：

 

数学基礎学力研究会公式サイト 楽しい数学

www.mirun.sctv.jp/~suugaku/

以　上

再生核研究所声明 406(2018.1.8): 　アジア不戦条約の提案を　―　批准を　―　丸丸お得な考え、方法

ユークリッド以来、２０００年以上我々は間違った空間の認識をし、１３００年以上ゼロ除算は不可能であるとの　おかしな数学をしていたが、それらが明らかにされた現在、人類の愚かさを知らされて　世界を見ると、誠に動物以下の人間の存在を思い知らされる。―　実は平行線は存在せず、すべての直線は原点を通っていた。実は、1/0=0/0=z/0= tan(pi/2)=0　だった。愚かな争いを続けてきた恥ずかしい世界史。

自国の安全は大事だと、軍拡に走れば、相手は必ず、反作用で応え、軍拡競争は切りがない、これは自明の理である。尖閣諸島で、暗黙の諒解を破って相手を傷つけ、勝手に国有化宣言したら、普通は　フォークランド紛争のように、これは宣戦布告のようなものであるから、軍事占領するのが道理であるが、相手の弱味を突いて、得をしたかと思えば、警戒に膨大な経費をかけ、軍事費を増大させる羽目に追い込まれ、結局アジアの愚か者の道（再生核研究所声明 49：アジアの愚か者、アジアの野蛮性）を進んでいる。一発でもロケットを攻撃的に発射すれば、自国は吹っ飛んでしまう現実も見えず、おかしな言動を繰り返している奇妙な国も　未だに存在しているようである。そんなに愚かな動物は居るだろうか。

そこで、ちょっと賢くなって、アジア不戦条約を提案、アジアのいかなる国も自国の軍隊をアジアの国に出さない、攻撃しない、誓いをしたら如何であろうか。そして、軍事費は拡大させず、縮小する方向で努力することを申し合わせる。提案国日本は、核武装すべきところ、せず、　憲法改正すべきところ　せず、条約の精神を尊重してともにしないとする。

人類は　宇宙の大きさや将来、初期を考察していたり、美しい文化を有しているのだから、闘争本能丸出しの世界から、公正の原則に従って、相手の立場に思いを致し、明るい、楽しい世界の建設に目を向けるべきである。過去志向ではなくて、恥ずかしい世界史を思い直して、人間らしい世界史を築いていこうではないか。

膨大な軍事費、エネルギーを楽しい方に向けようではないか。－　これ、当たり前のことではないだろうか。恥ずかしい世界史、人間の性、そろそろ卒業して、少し、賢くなろうではないか。

これらは、ゼロ除算の間違いと同様、当たり前に見える。

以　上