ホワイトホールというのは、ブラックホール解を時間反転させたアインシュタイン方程式の解として、一般相対性理論で理論上議論されるものです。

ブラックホールは、事象の地平線を越えて飛び込む物質を再び外部へ逃がさずに全てを呑みこむ領域ですが、ホワイトホールは事象の地平線から物質を放出するものです。

加速度の符号は時間反転に対して保存されるため、どちらも重量（引力）が起因する現象です。

しかしホワイトホールの重力はブラックホールと同等なので、放出された物質が再度引き戻され、事象の地平面に降り積もり、その結果、ホワイトホールの外側にブラックホールの領域が形成されるとする説もあります。

以前は、クエーサーがホワイトホールであるとする説も存在していましたが、上記の説によって否定されました。

数学的にはホワイトホールは存在しますが、実際に天体として存在するかどうかは不明です。

ブラックホール熱力学は、量子効果によってホーキング放射することにより、ブラックホールが最終的には蒸発することを予言するが、このプロセスも時間反転に対して対称であるので、熱的平衡にあるブラックホールの時間反転解もブラックホール解です。

それならば、ブラックホールもホワイトホールも同じ物体として解釈することもできます。

フィクションの中によく使われるホワイトホールですが、

SFの中では「ワープ航法」（光速以上での移動）の原理として、ブラックホールとホワイトホールが、一方通行のワームホールを通じて繋がっていて、ブラックホールから入ってホワイトホールから出ることにより、ワープが可能だとの説明が行われることがあります。

ただし、ワープした先は別の宇宙であり、我々の存在する宇宙ではないうえに、一方通行であるので、元の宇宙に戻ることは不可能です。

理論上は、電荷を持ったブラックホールや回転しているブラックホールでは、そのような軌跡をとることが可能であることがペンローズ図を描くことで説明されますが、ブラックホール内部での潮汐力が大きいため、実際に無事に通過することは不可能だとおもわれます。

また、ワームホール内を物体が通過することにより、内部がかき乱されて、ワームホール自体が潰れてしまうとする理論もあります。

ブラックホールを人工的に生成することはできるのでしょうか。

大型ハドロン衝突型加速器 (LHC) という装置で、極小のビッグバンを再現する実験が予定されています。

その過程で極小型ブラックホールが生成される可能性を懸念する声もあります。

余剰次元理論に基づく計算によれば、LHCの衝突エネルギー (7TeV) で極小ブラックホールの生成が不可能ではないとされ、余剰次元理論の検証ができる可能性があると期待されています。

ただし、これは理論中のパラメータが、観測から許される限界ぎりぎりの値である場合の結果であり、より穏当なパラメータの場合は（たとえ理論が正しかったとしても）この程度のエネルギーではブラックホールの生成は起こりません。

余剰次元モデルが正しくなければブラックホールは生成しませんが、生成した場合、ホーキング輻射によって，ブラックホールは直ちに蒸発すると考えられています。

欧州原子核研究機構 (CERN) は「宇宙線の中にはLHCよりもエネルギーが格段に高い陽子が存在し、大気の分子と衝突して、さまざまな粒子を生み出している。
もし本当にLHCでブラックホールが生成できるなら、宇宙線によってもミニブラックホールが大気圏内で生成されているはずだ。
にもかかわらず、地球はブラックホールに呑み込まれていない」とコメントしています。

落雷等に伴い極稀に発生・目撃されることのある球電現象を説明する、諸説ある理論のひとつにブラックホール説が挙げられています。

宇宙線に含まれる陽子等の荷電粒子が雷雲から生ずる電場により大気中で加速され、放射線量が上昇することが原子炉周辺の環境放射線モニタ等により観測されていますが、ブラックホールを生成するだけの衝突エネルギーに達し得るかどうかが先ず問われる説と言えます。

1908年ロシアの森林上空で起きたツングースカ大爆発の原因を、小型ブラックホールが地球を通り抜けたものとする説が1973年テキサス大学の物理学者らにより提唱されたましたが、その後にそれでは説明できず現実的ではないとする反論が掲載されています。

2009年10月、大阪大学・中国・韓国で構成する国際共同研究チームが高出力レーザーを用いて、実際のブラックホール周辺で観測されているデータとほぼ同じ光電離プラズマを実験室で発生させることに成功しました。

研究チームは、この実験により将来的にブラックホールそのものを生成できる可能性が高まったとしています。

ブラックホールの蒸発についての話です。

古典物理学の上では、ブラックホールというものは、ただひたすら周りの物体を呑み込み質量が増えていくだけです。

しかしながら、ホーキングという人物は、ブラックホールから物質が逃げ出して最終的にブラックホールが蒸発する可能性を述べました。

その理論は以下の通りです。

量子力学ではエネルギーと時間は不確定性関係にあり、時空の微小な領域で粒子と反粒子の対生成・対消滅が絶えず起こっているとされます。

ブラックホールの地平面の近傍でこのような仮想粒子対が生成すると、それらが対消滅する前に、片方の粒子（反粒子）がブラックホールの地平面内に落ち込み、もう一方の反粒子（粒子）が遠方へ逃げ去ることがあります。

反粒子（粒子）の運動は粒子（反粒子）が時間軸をさかのぼって運動していることと等価なので、粒子（反粒子）がブラックホールから時間軸をさかのぼりながら地平面に達し、地平面を通り抜けると時間軸を下りながら運動するとみなせます。

すなわち粒子がブラックホールから地平面を通り抜けて飛び出してきたように見えます。

この粒子の放出はブラックホールの地平面上で確率的に起こるため、巨視的にはブラックホールがある温度の熱放射で光っているように見えます。

これをホーキング輻射と呼びます。

この輻射によってエネルギーを失うと（エネルギーは質量なので）ブラックホールの質量は減少します。

ホーキング輻射の温度はブラックホールの質量に反比例するため、通常の恒星質量程度のブラックホールではこの効果は無視できるほど小さいです。

しかし、陽子質量ぐらいの微小なブラックホールではこの量子効果は無視できません。

ホーキング輻射で質量が減るとさらにこの効果が強く働いて輻射の強度が増え、加速度的に質量とエネルギーを失い、最後には爆発的にエネルギーを放出して消滅します。

これがブラックホールの蒸発です。

この蒸発の最後のプロセスがガンマ線バーストとして観測されるとする説もあります。

我々の宇宙が閉じた系でない限り、およそ10の百乗年後には全てのブラックホールは蒸発すると考えられています。

一方で、このようにブラックホールの蒸発が起こるとすると、次のようなパラドックスが生じます。

質量Mのブラックホールに質量mの物体が吸い込まれた後、ホーキング輻射によってブラックホールが質量を失って再び質量Mに戻るという過程を考えます。

ここで、ホーキング輻射は完全な熱放射であるため、その輻射は各時点でのブラックホールの質量から決まる温度以外に全く特徴がありません。

よって、最初に吸い込まれた質量mの物体がトマトであってもオレンジであっても、最終状態は「質量Mのブラックホール+質量m分の光子」という全く同じ状態になります。

つまり吸い込まれた物体についての情報は完全に失われてしまいます。

しかしこれでは初期状態が異なっているにもかかわらず同じ最終状態に達することになり、量子力学の時間発展のユニタリ性と矛盾します。

このパラドックスは「ブラックホールの情報喪失問題」と呼ばれて長年議論されてきました。

これについて、2004年7月21日にホーキングは「ブラックホールに吸い込まれた物質が持っていた情報はブラックホールの蒸発に伴って何らかの形でホーキング輻射に反映され、外部に出てくる」という新説を発表し、従来の自説を修正しました。

以前の記事にも出てきた、大質量ブラックホールについての話です。

銀河系の中心部にある、電波源複合体「いて座A*」には、太陽の370万倍もの質量を持つ巨大なブラックホールが存在すると多くの天文学者によって考えられています。

1995年頃には、M106 銀河の中心に、太陽質量の3,600万倍もの質量のブラックホールがあると推定されました。

また、21世紀初頭までに多くの銀河の中心部に106-8太陽質量の超大質量ブラックホールが存在すると推定されています。

しかしながら、そのような大質量ブラックホールの起源についてはあまり良く分かっていないのが現状です。

1970年代後半に考えられていたシナリオは、巨大なガス雲が一気に収縮してブラックホールをつくるという説、高密度の星団の中心部分が重力熱力学的に進化してブラックホールとなるなどといった説でありましたが、いずれも理論的・観測的な困難がありました。

しかも、通常の恒星進化の果てに生み出される恒星質量クラスのブラックホールと銀河中心に見られる大質量ブラックホールの中間的な質量を持つブラックホールが20世紀末まで全く発見されず、両者の間に関係があるかどうかも不明でした。

しかし1999年から2000年にかけて、日本の研究者グループによる電波やX線での観測から、M82銀河の内部に太陽質量の1,000倍程度のブラックホールがあるらしいことが初めて明らかになりました。

これを受けて、以下のような大質量ブラックホールの形成シナリオが考えられています。

銀河どうしの近接遭遇や衝突などによって銀河内部で爆発的な星形成（スターバースト）が起こり、これによって若くて密度の高い星団が大量にできます。

このような星団には重い星が大量に含まれるため、高密度な環境ではこのような星同士が合体してさらに大きな星となり、ますます合体しやすくなるという合体不安定という過程が進行します。

こうして作られた重い星の寿命は非常に短いので早い時期に超新星爆発を起こし、太陽の数十倍から100倍の質量を持つブラックホールが誕生します。

これらの合体によって103太陽質量程度の中間質量ブラックホールが星団内にでき、このような星団がいくつも銀河の中心に向かって沈みます。

沈む途中で星団自体は潮汐破壊され、中間質量ブラックホールが銀河中心にたまり、互いに合体して大質量ブラックホールとなる、というものです。

さらに巨大なブラックホールは、銀河同士の衝突により核である大質量ブラックホール同士が合体して生じるのではないかと考えられています。

2008年には OJ 287というクエーサーが太陽質量の180億倍と1億倍という、極めて質量の大きなブラックホール同士の連星系であることが判明しました。

2005年にはチャンドラX線観測衛星によってM74銀河にも約10,000太陽質量という中間質量ブラックホールが発見されており、今後観測データが蓄積されることでこの仮説の妥当性が検証されていくものと考えられています。
 

ブラックホールに落ちていく物質は、強力な潮汐力によって壊され、ブラックホールを取り巻いて回転する降着円盤をつくります。

降着円盤の質量に比べてブラックホールの質量が大きければ、降着円盤を構成しているガスは質点の周囲のケプラー運動に近い差動回転をします。

このため、降着円盤のガスは粘性による摩擦によって加熱され、X線やγ線を放出します。

同時に、角運動量を失って少しずつ中心へ落ちていき、ブラックホールに呑み込まれます。

ブラックホールのシュヴァルツシルト半径は、ブラックホールの質量に比例しているため、ブラックホールが物質を呑み込んで質量が増えると事象の地平面（シュヴァルツシルト面）の半径も大きくなります。

こうしてブラックホールは成長していきます。