ブラックホールの合体後の質量 – 合体で質量は単純に足し算になるのか？

ブラックホールの合体は、近年、重力波観測を通じて実際に確認され、その物理的なメカニズムに注目が集まっています。ブラックホールが合体するとき、その質量は単純に足し算されるのでしょうか？この記事では、ブラックホールの合体における質量の変化について、一般相対性理論をもとに詳しく解説します。

ブラックホールの合体とは？

ブラックホールの合体とは、2つのブラックホールが互いに引き寄せ合い、最終的に1つの大きなブラックホールに合体する現象です。この現象は、重力波として観測され、これによってブラックホールが合体する際に放出されるエネルギーの規模が明らかになりました。

ブラックホールの合体は、非常に強い重力場を生み出すため、周囲の空間を歪め、時間の流れにも影響を与えるほどの力が働きます。

ブラックホールの合体後の質量の変化

2つのブラックホールが合体した場合、その質量は単純に足し算されるわけではありません。実際には、合体後のブラックホールの質量は、合体前の2つのブラックホールの質量の合計から「一部の質量」が失われます。

その質量の一部は、合体時に放出される重力波としてエネルギーとなって放出されます。このため、合体後のブラックホールの質量は、合体前の2つのブラックホールの質量の合計よりも若干少なくなります。

質量が減少する理由

ブラックホールの合体によって質量が減少する理由は、合体時に発生する重力波です。重力波は、時空の歪みとしてエネルギーを放出するため、合体後のブラックホールには、そのエネルギー分の質量が残りません。

重力波の放出は、合体時に非常に強力で、質量の約3%がエネルギーとして放出されることが観測されています。これが、合体後のブラックホールの質量が合体前の質量の合計よりも少なくなる理由です。

実際の観測結果と理論の一致

実際に行われた重力波観測では、ブラックホールの合体後に放出されるエネルギーが計算通りであることが確認されています。例えば、2015年にLIGO（レーザー干渉計重力波天文台）によって観測された、2つのブラックホールの合体による重力波では、質量の一部がエネルギーとして放出されたことが確認されています。

これらの観測結果は、アインシュタインの一般相対性理論と完全に一致しており、ブラックホールの合体過程における質量の減少と重力波の放出が実際に起こっていることを示しています。

まとめ

ブラックホールが合体する際、質量は単純に足し算されるわけではなく、合体時に発生する重力波としてエネルギーが放出され、その分の質量が失われます。この現象は、重力波として観測され、アインシュタインの一般相対性理論に基づく予測と一致しています。ブラックホールの合体は、非常に複雑でエネルギーを伴う現象であり、今後の研究によってさらに多くの謎が解明されることでしょう。