4.1 ブラックホールとは何か：私たちが見るもの・分類のしかた・説明が難しい理由

目次 ／ 第4章：ブラックホール (V5.05)

ブラックホールは空洞ではありません。周囲のあらゆるものを非常に強く内側へ引き込む領域です。近づくほど「外へ逃げる」試みは成り立たず、離れるほどその働きは、画像面・時間変動・エネルギースペクトルという三つの読み取り軸に痕跡として現れます。本節では、私たちが実際に見ている事実、整理のための分類、説明がとくに難しい点を示し、章全体の課題を定めます。詳細なメカニズムは後半で扱います。

I. 観測される外観：どのように見え、時間とともにどう変わるか

• 環状の影と明るい縁：複数の手法で得た画像には「暗い中心＋明るいリング」が繰り返し現れます。中心の暗部は実体の黒い円ではなく、放射が出にくい領域の投影です。リングの明るさは一様ではなく、特定の方位に明るい扇形が生じがちです。高品質データでは、同様の光路の「第二のこだま」のように、内側の淡いサブリングがにじむこともあります。
• 偏光の模様：明るいリングの周囲では偏光角が無作為に揺れるのではなく、リングに沿って滑らかに回転し、狭い帯で反転が帯状に現れます。核近傍の放射は無秩序ではなく、向きのそろった構造が働いていることを示します。
• 速い変動と遅い変動の併存：明るさは分〜時間だけでなく、月〜年のスケールでも増減します。波長帯の間では変化がほぼ同時に起きる場合も、一定の先行・遅延の順序で並ぶ場合もあります。こうした歩調の一致は「共通の階段」と呼ばれることがあります。大きなイベントの後には、強さが弱まり間隔が延びていく「こだま」の列が観測されます。
• 直線的で長寿命のジェット：電波から高エネルギーまで、多くの天体が両極方向へ細く持続的で多スケールのジェットを噴出します。ジェットは気まぐれではありません。核近傍の変化と歩調を合わせ、遠方では区切られた「ホットスポット」を形成します。

要するに、ブラックホールの観測像は滑らかではありません。どの扇形が明るいか、どこで偏光が反転するか、複数の帯がいつ同じ歩調になるか——規則だった粗さが繰り返し現れます。

II. タイプと起源：恒星質量から超大質量へ、さらに原始ブラックホール仮説

• 恒星質量ブラックホール：大質量星の崩壊、または中性子星やブラックホール同士の合体で生まれ、典型的には数〜数十太陽質量です。X 線連星や重力波イベントで姿を現します。
• 中間質量（候補）：およそ 100〜100,000 太陽質量で、密集星団・矮小銀河・超高輝度 X 線源に潜む可能性があります。証拠は蓄積中で、呼称は慎重です。
• 超大質量ブラックホール：銀河中心にあり、質量は数百万〜数百億太陽質量。クエーサーや活動銀河核の原動力となり、大規模ジェットや電波の「泡」を形作ります。
• 原始ブラックホール（仮説）：初期宇宙で密度ゆらぎが十分に大きければ、直接形成された可能性があります。検証は重力マイクロレンズ、重力波、宇宙マイクロ波背景 (CMB) などの側面から進められます。以後は 宇宙マイクロ波背景 とだけ記します。

これらのタイプは議論の便宜のためのスケール・ラベルです。リング、明るい扇形、偏光帯、リズムといった「指紋」は、サイズが変わっても似た形で再登場します。

III. 現代表説：ブラックホールはどこから来るのか

• 崩壊・合体による増量：恒星質量のブラックホールは崩壊で誕生し、その後は降着や合体で質量を増します。高密度環境では合体の連鎖で中間質量まで成長し得ます。
• 直接崩壊：巨大なガス雲が十分に冷えず、あるいは角運動量を能率よく失うと、星—超新星の段階を経ずに重い種（シード）へ直接崩壊します。
• シードの急速な降着：高密度の「給食場」ではシードが効率よく降着し、短期間で急成長して超大質量へ到達します。
• エネルギー抽出とジェット：標準像では磁場と自転の結合によって中心部のエネルギーを指向的に外へ送り出します。加熱された降着円盤・円盤風・外向きの流れの組み合わせで、核近傍の放射を説明します。

これらの物語は、遠方での誘導、全体のエネルギー収支、ジェットの存在といった大枠の要件を満たし、数値 MHD はよく似た構造を「描き」ます。しかし視界近傍の細かな模様に寄ると、三つの難題が残ります。

IV. 三つの難題：説明が行き詰まりやすいところ

• 滑らかな地平線 vs. 観測される細かな模様：幾何学は厚みのない完璧な境界を描き、曲率と測地線に運動の道筋を任せます。遠方では有効ですが、像・時系列・エネルギーの三つの軸で見える地平線近傍の細模様——特定方位で持続的に明るい扇形、帯状の偏光反転、色に依らない共通の階段やこだま——を説明するには、しばしば「材料の物理」をもう一層貼り付ける必要があります（具体的な摂動・粘性・再結合・放射閉じ込みを伴う粒子加速など）。小さな仮定を積み重ねるほど、見かけを合わせる調整は容易でも、統一的で反証可能な指紋を出しにくくなります。
• 「円盤・風・ジェット」の協調：観測では、降着円盤・円盤風・ジェットが同じイベントで一斉に立ち上がり、一斉に収まることがあります。別々の駆動を足し合わせるだけでは、この**「単一の開口での役割分担」**——ジェットが硬く直線的で、風が厚く遅く、最内底部が安定で柔らかいこと、そして環境に応じて配分が変わること——を説明しにくいのです。
• 初期超大質量の成長に残る時間の窮屈さ：宇宙史のかなり早い段階に、非常に重いブラックホールが現れます。高い降着率や頻繁な合体を仮定しても、時間の帳尻は厳しいままです。直接崩壊シード・高効率の供給・環境との結合など、加速経路は提案されていますが、**検証可能な「高速レーンの指紋」**が一本化されていません（詳細は 3.8 節）。

これらの背景には共通の空白があります。すなわち、地平線近傍の境界がどのような「材質」で、どう働くのか。幾何学はすでに「どこへ」「どれだけ速く」を描いていますが、境界の材質像と、その電磁的・「音響的」なサインをデータと一対一に照合できる形で持てていません。

V. 本章の狙い：境界に「働く物理」を与え、統一図を示す

数学は重要ですが、目指すのは真実です。私たちは エネルギー・スレッド (Energy Threads, EFT) の枠組みで、地平線近傍の境界を理想的な滑面としてではなく、能動的な張力コルテックスとして扱います。厚みをもつ担持層で、内部の出来事によって短時間書き換えられうる「皮膜」です。ここが統一的な方式でエネルギーを三つの出口へ配分します。本章ではそれぞれの出口の名称、点灯条件、運び出す読み取り指標を示します。このアプローチには三つの目的があります。

• 像・時間・エネルギーの証拠線をつなぐ：主リングとサブリング、好方位の明るい扇形と偏光反転、帯域横断の共通階段とこだま——同一の境界作動ルールで説明します。
• 円盤・風・ジェットの協調を自然な帰結にする：抵抗の小さい経路がより大きな取り分を得ます。環境や供給が変われば、境界の「配分キー」もそれに合わせて更新されます。場当たり的なメカニズムの継ぎ足しは不要です。
• 初期の急速成長に対する検証可能な「高速レーン指紋」を与える：境界がより「譲りやすい」状態に長く留まるほど、エネルギーは外へ流れやすく、構造は内側へ集まりやすくなります。観測には特徴的な空間・時間パターンが残るはずです。

以降は段階的に進めます。外部臨界面・内部臨界帯・遷移帯・コアの定義を置き、境界が画像面でどう「現像」され、時間領域でどう「発声」するかを述べます。エネルギーの出口を整理し、質量スケールごとの振る舞いを比較し、現代理論との照合を行い、検証チェックリストと将来シナリオへと結びます。