This is the basic question of somebody who's interested

ブラックホールを発見し、研究しようとする者にとって

in finding and studying black holes.

これは基本的な問いです

Because black holes are objects

なぜならブラックホールは

whose pull of gravity is so intense

その重力があまりに強力で

that nothing can escape it, not even light,

光でさえもそこから出てこられず

so you can't see it directly.

つまり直接、目に見えないからです

So, my story today about black holes

今日私がお話するのは

is about one particular black hole.

特別なブラックホールについてです

I'm interested in finding whether or not

私が興味を持っているのは

there is a really massive, what we like to call

銀河の中心に、非常に大きい

"supermassive" black hole at the center of our galaxy.

「超大質量」のブラックホールがあるかどうかです

And the reason this is interesting is that

なぜそれに興味があるかというと

it gives us an opportunity to prove

このような奇妙な物体が本当に

whether or not these exotic objects really exist.

存在するかどうかを証明できる機会があるのと、

And second, it gives us the opportunity

二つ目の理由は、それによって

to understand how these supermassive black holes

超大質量ブラックホールが、どうやって

interact with their environment,

周辺環境と相互作用するか、また

and to understand how they affect the formation and evolution

その周りにある銀河の形成と進化にどう影響するかを

of the galaxies which they reside in.

理解する機会があるからです

So, to begin with,

まずはじめに

we need to understand what a black hole is

ブラックホールの存在を信じられるよう

so we can understand the proof of a black hole.

ブラックホールについて理解しましょう

So, what is a black hole?

ブラックホールとは何か?

Well, in many ways a black hole is an incredibly simple object,

ある意味でそれは非常に単純な物体です

because there are only three characteristics that you can describe:

なぜなら物理特性が三つしかないからです

the mass,

質量と、

the spin, and the charge.

スピン(回転)と、電荷です

And I'm going to only talk about the mass.

今日は質量についてだけお話します

So, in that sense, it's a very simple object.

つまりある意味では非常に単純な物体ですが

But in another sense, it's an incredibly complicated object

別の意味では非常に複雑な物体で

that we need relatively exotic physics to describe,

奇妙な物理法則で記述しなくてはならず

and in some sense represents the breakdown of our physical understanding

また、それが我々の宇宙に関す物理学的解釈の

of the universe.

崩壊を意味するからです

But today, the way I want you to understand a black hole,

でも今日は　ブラックホールを理解し

for the proof of a black hole,

それが実在することを理解していただくために

is to think of it as an object

その質量が体積ゼロの空間に

whose mass is confined to zero volume.

押し込められた物体を考えてみてください

So, despite the fact that I'm going to talk to you about

つまり超大質量を持つ

an object that's supermassive,

物体なのに

and I'm going to get to what that really means in a moment,

有限の大きさを持たないような物体がとはどんなものかを

it has no finite size.

ご説明します

So, this is a little tricky.

ちょっとムズカシイわよね

But fortunately there is a finite size that you can see,

でも、理解可能な有限の大きさがあり

and that's known as the Schwarzschild radius.

それは「シュヴァルツシルト半径」として知られています

And that's named after the guy who recognized

その大きさがいかに重要かを発見した

why it was such an important radius.

人の名前にちなみます

This is a virtual radius, not reality; the black hole has no size.

これは仮想的な半径で、実在のものではありません　ブラックホールには大きさがありませんから

So why is it so important?

なぜ重要なのか?

It's important because it tells us

なぜならそれは、どんな物体でも

that any object can become a black hole.

ブラックホールになり得ることを示すからです

That means you, your neighbor, your cellphone,

つまりあなたや、隣人や、あなたの携帯電話や、

the auditorium can become a black hole

このホールなども、それを

if you can figure out how to compress it down

シュヴァルツシルト半径以下に押し縮めれば

to the size of the Schwarzschild radius.

ブラックホールになるのです

At that point, what's going to happen?

そこまで行くとどうなるか?

At that point gravity wins.

そこで重力が打ち勝ちます

Gravity wins over all other known forces.

他のすべての力に重力が打ち勝ち

And the object is forced to continue to collapse

物体は収縮を続け

to an infinitely small object.

無限に小さい物体になるのです

And then it's a black hole.

それがブラックホールです

So, if I were to compress the Earth down to the size of a sugar cube,

地球を角砂糖の大きさにまで押し縮めれば

it would become a black hole,

ブラックホールになります

because the size of a sugar cube is its Schwarzschild radius.

この場合、角砂糖の大きさがシュヴァルツシルト半径だからです

Now, the key here is to figure out what that Schwarzschild radius is.

ここでの鍵は、シュヴァルツシルト半径は幾つか、ということです

And it turns out that it's actually pretty simple to figure out.

それを知るのはとても簡単だと分かりました

It depends only on the mass of the object.

それは物体の質量のみに依存します

Bigger objects have bigger Schwarzschild radii.

大きい物体のシュヴァルツシルト半径は大きい

Smaller objects have smaller Schwarzschild radii.

小さい物体では、小さい

So, if I were to take the sun

もし太陽を

and compress it down to the scale of the University of Oxford,

オックスフォード大学の大きさに押し縮めれば

it would become a black hole.

ブラックホールになるでしょう

So, now we know what a Schwarzschild radius is.

シュヴァルツシルト半径はわかりましたね

And it's actually quite a useful concept,

これはとても役に立つ概念で

because it tells us not only

ブラックホールがいつできるかを

when a black hole will form,

示すだけでなく

but it also gives us the key elements for the proof of a black hole.

ブラックホールの証明の鍵となる要素も与えてくれます

I only need two things.

必要なのは二つだけ：

I need to understand the mass of the object

ブラックホールだと証明したい

I'm claiming is a black hole,

物体の質量と、

and what its Schwarzschild radius is.

そのシュヴァルツシルト半径です

And since the mass determines the Schwarzschild radius,

そしてシュヴァルツシルト半径は質量で決まるので

there is actually only one thing I really need to know.

実際知る必要があるのは質量だけです

So, my job in convincing you

つまり皆さんに、ブラックホールが

that there is a black hole

実在すると納得させるために

is to show that there is some object

そのシュヴァルツシルト半径内に収まる

that's confined to within its Schwarzschild radius.

物体が存在することを示すのが私の役割で

And your job today is to be skeptical.

皆さんの役割は、疑い深くなることです

Okay, so, I'm going to talk about no ordinary black hole;

それで、私は普通のブラックホールについては話しません

I'm going to talk about supermassive black holes.

超大質量ブラックホールの話をします

So, I wanted to say a few words about what an ordinary black hole is,

そこでまず普通のブラックホールについて少し触れます

as if there could be such a thing as an ordinary black hole.

「普通の」ブラックホールがあるみたいにね

An ordinary black hole is thought to be the end state

普通のブラックホールは、超巨星の生涯の

of a really massive star's life.

終末と考えられています

So, if a star starts its life off

つまり、太陽より遥かに巨大な質量をもって生まれた

with much more mass than the mass of the Sun,

恒星は、その生涯を終える時

it's going to end its life by exploding

爆発を起こし、

and leaving behind these beautiful supernova remnants that we see here.

ご覧のような美しい超新星爆発の残骸を残します

And inside that supernova remnant

そしてその超新星爆発の残骸の中に

is going to be a little black hole

小さなブラックホールができます

that has a mass roughly three times the mass of the Sun.

おおよそ太陽の質量の3倍くらいです

On an astronomical scale

天文学的規模で言えば

that's a very small black hole.

とても小さいブラックホールです

Now, what I want to talk about are the supermassive black holes.

これからは超大質量ブラックホールについてお話します

And the supermassive black holes are thought to reside at the center of galaxies.

超大質量ブラックホールは銀河の中心にあると考えられています

And this beautiful picture taken with the Hubble Space Telescope

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影したこの美しい写真で

shows you that galaxies come in all shapes and sizes.

銀河があらゆる形をとることがわかります

There are big ones. There are little ones.

大きいのもあるし、小さいのもあります

Almost every object in that picture there is a galaxy.

この写真に見えるほとんど全てが銀河です

And there is a very nice spiral up in the upper left.

その左上にとてもいい感じの渦巻状銀河があります

And there are a hundred billion stars in that galaxy,

その銀河には1千億個の恒星があります

just to give you a sense of scale.

大きさの感覚がわかりますか

And all the light that we see from a typical galaxy,

そしてちょうどご覧のこの銀河のような

which is the kind of galaxies that we're seeing here,

銀河からやってくる全ての光は

comes from the light from the stars.

恒星からやって来ます

So, we see the galaxy because of the star light.

つまり恒星の光があるから銀河が見えます

Now, there are a few relatively exotic galaxies.

中には非常に変わった銀河があります

I like to call these the prima donna of the galaxy world,

「目立ちたがり」なので、私はそれを銀河世界の

because they are kind of show offs.

プリマンドンナと呼びます

And we call them active galactic nuclei.

それは「活動銀河中心核」と呼ばれます

And we call them that because their nucleus,

なぜならその銀河中心核、あるいは

or their center, are very active.

中央部は非常に活動的だからです

So, at the center there, that's actually where

つまりあの中心部分から

most of the starlight comes out from.

ほとんどの星の光がやって来ます

And yet, what we actually see is light

しかも恒星の光だけでは

that can't be explained by the starlight.

説明できない光が見えているのです

It's way more energetic.

予想よりずっとエネルギーが高い

In fact, in a few examples it's like the ones that we're seeing here.

ちょうど私たちが見ているこういう銀河がです

There are also jets emanating out from the center.

また、中央部からジェットが吹き出しています

Again, a source of energy that's very difficult to explain

銀河が恒星だけで出来ていると考えると

if you just think that galaxies are composed of stars.

このエネルギー源も説明がつきません

So, what people have thought is that perhaps

そこで超大質量ブラックホールがあり

there are supermassive black holes

物質がそこに落ち込んでいるのだろうと

which matter is falling on to.

推定されています

So, you can't see the black hole itself,

つまりブラックホールを見ることはできないが

but you can convert the gravitational energy of the black hole

そこの重力エネルギーが光に変換されて

into the light we see.

見えているということです

So, there is the thought that maybe supermassive black holes

それが超大質量ブラックホールが銀河中央にあるかもしれないという

exist at the center of galaxies.

考え方が成立する理由です

But it's a kind of indirect argument.

しかしそれは間接的な議論です

Nonetheless, it's given rise to the notion

にもかかわらず、そこから

that maybe it's not just these prima donnas

超大質量ブラックホールは

that have these supermassive black holes,

プリマドンナ銀河だけでなく

but rather all galaxies might harbor these

むしろ全ての銀河の中央に

supermassive black holes at their centers.

存在するのではないかと考えられています

And if that's the case -- and this is an example of a normal galaxy;

もしそうなら―これは普通の銀河です

what we see is the star light.

見えているのは恒星の光です

And if there is a supermassive black hole,

もしここに超大質量ブラックホールがあるとするならば

what we need to assume is that it's a black hole on a diet.

それはダイエット中だ、ということになります

Because that is the way to suppress the energetic phenomena that we see

なぜならそれが、活動銀河中心核でみられるエネルギー現象を

in active galactic nuclei.

抑制しているからです

If we're going to look for these stealth black holes

もしこのような目に見えないブラックホールを

at the center of galaxies,

銀河中心に探すとしたら

the best place to look is in our own galaxy, our Milky Way.

一番適切なのは我々の銀河「天の川」でです

And this is a wide field picture

これは天の川銀河の中心部を

taken of the center of the Milky Way.

広角撮影した写真です

And what we see is a line of stars.

星の帯が見えています

And that is because we live in a galaxy which has

私たちが、平たく、円盤のような形の銀河に

a flattened, disk-like structure.

住んでいるからです

And we live in the middle of it, so when we look towards the center,

私たちはその中間地帯に住んでいて、そこから中心方向を見ると

we see this plane which defines the plane of the galaxy,

銀河面を形成する面、あるいは

or line that defines the plane of the galaxy.

その線が見えるわけです

Now, the advantage of studying our own galaxy

自分たちの銀河を研究する利点は

is it's simply the closest example of the center of a galaxy

単にそれが自分たちに一番近い

that we're ever going to have, because the next closest galaxy

銀河中心だからです　その次に近い銀河でも

is 100 times further away.

100倍遠くにありますから

So, we can see far more detail in our galaxy

他のどこよりも自分たちの銀河のほうが

than anyplace else.

細部を見られるのです

And as you'll see in a moment, the ability to see detail

細部を見られるのです

is key to this experiment.

そしてこれからお見せしますが、どれくらい細部が見えるかが

So, how do astronomers prove that there is a lot of mass

研究の鍵なのです

inside a small volume?

さて、天文学者はどうやって小さな空間に大質量があると

Which is the job that I have to show you today.

証明するのでしょうか?

And the tool that we use is to watch the way

それをこれからご覧に入れます

stars orbit the black hole.

その方法は、恒星がブラックホールの周りを回るのを

Stars will orbit the black hole

観察することです

in the very same way that planets orbit the sun.

恒星は、惑星が太陽の周りを回るのと同じように

It's the gravitational pull

ブラックホールの周りを回ります

that makes these things orbit.

重力による引力で

If there were no massive objects these things would go flying off,

物体の周回軌道が決まります

or at least go at a much slower rate

もしそこに大質量がないとすれば、星は飛び去ってしまうか、

because all that determines how they go around

もっとゆっくり周回するでしょう

is how much mass is inside its orbit.

なぜならどう周回するかを決めるのは

So, this is great, because remember my job is to show

軌道内にある質量だからです

there is a lot of mass inside a small volume.

ちょうどいいですよね　なぜなら私の仕事は

So, if I know how fast it goes around, I know the mass.

小さな空間に大質量があると証明することですから

And if I know the scale of the orbit I know the radius.

つまり星が周回する速度がわかれば、質量がわかります

So, I want to see the stars

そして軌道の大きさがわかれば半径がわかる

that are as close to the center of the galaxy as possible.

だから私は、銀河中心に

Because I want to show there is a mass inside as small a region as possible.

できる限り近い恒星を見たいのです

So, this means that I want to see a lot of detail.

なるだけ小さい領域に、質量があることを示したいのですから

And that's the reason that for this experiment we've used

つまり、なるべく詳細な姿を見たいということです

the world's largest telescope.

だからこの研究のために世界最大の望遠鏡を

This is the Keck observatory. It hosts two telescopes

使っています

with a mirror 10 meters, which is roughly

これはケック天文台です　10メートルの主鏡の

the diameter of a tennis court.

望遠鏡が二つあり、だいたいテニスコートくらいの

Now, this is wonderful,

半径があります

because the campaign promise

これは素晴らしいモノです

of large telescopes is that is that the bigger the telescope,

なぜなら、巨大望遠鏡の公約は

the smaller the detail that we can see.

「大きければ大きいほど

But it turns out these telescopes, or any telescope on the ground

細部が見える」だからです

has had a little bit of a challenge living up to this campaign promise.

しかし、こういう地上にある全ての望遠鏡は

And that is because of the atmosphere.

公約を果たすには少しばかり問題があります

Atmosphere is great for us; it allows us

それは大気のせいです

to survive here on Earth.

大気のおかげで私たちが地球に生存でき

But it's relatively challenging for astronomers

すばらしいものです

who want to look through the atmosphere to astronomical sources.

しかし大気を通して天文光源をみる天文学者には

So, to give you a sense of what this is like,

かなりの問題をもたらします

it's actually like looking at a pebble

ちょうど小川の水を通して

at the bottom of a stream.

底にある小石を

Looking at the pebble on the bottom of the stream,

見るようなものです

the stream is continuously moving and turbulent,

水底の小石を見ていると

and that makes it very difficult to see the pebble on the bottom of the stream.

水の流れがずっと乱れを起こし続けていて

Very much in the same way, it's very difficult

流れの底にある小石を見るのはとても困難です

to see astronomical sources, because of the

同じような理屈で、絶え間なく動いている

atmosphere that's continuously moving by.

大気を通して天文光源を観測するのは

So, I've spent a lot of my career working on ways

非常に困難なのです

to correct for the atmosphere, to give us a cleaner view.

そこで私はキャリアの多くの時間を

And that buys us about a factor of 20.

大気のゆらぎを補正し、明瞭な画像を得ることに費やしています

And I think all of you can agree that if you can

大体20倍ほど結果が向上します

figure out how to improve life by a factor of 20,

もし生活を20倍改善できる方法がわかれば

you've probably improved your lifestyle by a lot,

ライフスタイルも　全然ちがうものになりますよね

say your salary, you'd notice, or your kids, you'd notice.

給料にしても　そうでしょう

And this animation here shows you one example of

子供のことにしても　そうでしょう

the techniques that we use, called adaptive optics.

お見せしている動画が、私たちが使っている

You're seeing an animation that goes between

補償光学系とよばれる技術の例です

an example of what you would see if you don't use this technique --

ご覧の映像で

in other words, just a picture that shows the stars --

その技術を使わなかった場合に見える映像、つまり