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  • How do you observe something you can't see?

    見えないものはどうやって観察できるでしょうか?

  • 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

  • and the box is centered on the center of the galaxy,

    普通に見える星の映像が見えます

  • where we think the black hole is.

    囲みの部分は銀河の中心にセットされていて

  • So, without this technology you can't see the stars.

    そこにブラックホールがあるはずです

  • With this technology all of a sudden you can see it.

    補正なしには星が見えません

  • This technology works by introducing a mirror

    補償光学技術を使うと、とたんに星が見え始めます

  • into the telescope optics system

    この技術で、望遠鏡の光学システムに

  • that's continuously changing to counteract what the atmosphere is doing to you.

    大気のゆらぎに対抗して持続的に

  • So, it's kind of like very fancy eyeglasses for your telescope.

    変形する鏡を導入してあります

  • Now, in the next few slides I'm just going to focus on

    望遠鏡に、とっても素敵なメガネがついているわけね

  • that little square there.

    ここから何枚かのスライドでは、あの小さな四角の部分に

  • So, we're only going to look at the stars inside that small square,

    注目します

  • although we've looked at all of them.

    他の部分も見えていますが 小さな四角の中にある星にだけ

  • So, I want to see how these things have moved.

    注目して見てみます

  • And over the course of this experiment, these stars

    私は恒星がどう動いたかを知りたいのですが

  • have