光子球とは？わかりやすく解説

光子球（こうしきゅう）（photon sphereまたはphoton circle^[1] ^[2]）とは、ブラックホールの事象の地平面のやや外側に細く光って見える、輪のような形をした球面である。光子球では光子がブラックホールの周囲を周回している。ブラックホールの周囲のどの地点から見ても、その見え方は変わらない^[3]。光子球の内側に入った光はそのままブラックホールに吸い込まれるか、強い重力によって進行方向を曲げられてブラックホールの外側に飛び去って行くかのどちらかであるため、光子球の内側の様子を電磁波を用いて観測することは不可能である。実際に観測すると、光子球の内側は影になっているように見えるが、この影をブラックホールシャドウと呼ぶ^[4]。自転していないブラックホールの場合、光子球の直径は事象の地平面の直径の1.5倍ほどになるが、ブラックホールの重力の影響により光が曲げられるため、地球から見た光子球（光子リング）の見かけの直径は事象の地平面のそれの2.5倍ほどになる。2019年に初めて直接観測に成功したM87のブラックホールは、光子リングの観測に成功したのである^[5]。

光子球の最も内側の安定した円軌道半径は、シュワルツシルト・ブラックホールの場合：

r={\frac {3GM}{c^{2}}}={\frac {3r_{\text{s}}}{2}},

大きさ

形成

特徴

モデル

重力の特異点 (特異点定理)
原始ブラックホール
グラバスター（英語版）
en:Dark star
en:Dark energy star
en:Black star
en:Magnetospheric eternally collapsing object
ファズボール（英語版）
ホワイトホール
裸の特異点
リング特異性（英語版）
Immirziパラメータ（英語版）
膜パラダイム（英語版）
クーゲルブリッツ（英語版）
ワームホール
Quasi-star

問題

計量

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