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ブラックホールの初撮影 わかったことと新たな謎

日経ナショナル ジオグラフィック社

2019/4/29

ナショナルジオグラフィック日本版

地上の電波望遠鏡をつないだ地球サイズの巨大望遠鏡「イベント・ホライズン・テレスコープ(ELT)」が、おとめ座銀河団の大質量銀河M87の中心にある超大質量ブラックホールとブラックホールシャドウの画像撮影に史上初めて成功した(PHOTOGRAPH BY EVENT HORIZON TELESCOPE COLLABORATION)

ブラックホールの姿が、史上初めてとらえられた。科学者たちがとらえたのは、太陽65億個分の質量をもつ超大質量ブラックホールだ。地球から5500万光年の彼方、おとめ座銀河団の中心にある巨大楕円銀河M87のさらに中心にある。画像には、いびつな光の輪に囲まれた暗い部分が見える。これはブラックホールのシルエットを世界で初めてとらえたもので、ブラックホールの口に限界まで迫った画期的な画像である。

今回の画像は、200人以上の科学者が参加した「イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT:事象の地平線望遠鏡)」プロジェクトの成果。これは、ハワイから南極まで世界各地の望遠鏡をつないで一斉に観測を行うことで、地球サイズの巨大望遠鏡を実現しようというプロジェクトだ。事象の地平線とは、それを越えてしまったら光でさえも脱出できなくなるブラックホールの境界のことだ。

2017年4月にM87のブラックホールの観測が行われ、5ペタバイト(1ペタバイトは1000兆バイト)におよぶデータが収集された。科学者たちがこの膨大なデータを解析し、ブラックホールの顔写真を構成するには2年もの歳月を要した。

チリ、アルマ望遠鏡の66基の電波アンテナと満天の星。アルマ望遠鏡は、イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)ネットワークの主要な要素の1つとして大きな役割を果たした(PHOTOGRAPH BY BABAK TAFRESHI)

これまで人類は、ブラックホールの存在を示唆する間接的な証拠しか見ることができなかった。プロジェクト・ディレクターである米ハーバード・スミソニアン天体物理学研究所のシェプ・ドールマン氏は、「誰もが見えないと思っていたものがついに見えたことをご報告できることを嬉しく思います」と語った。「みなさんが見ているのは『事象の地平線』の証拠です。私たちはついに、ブラックホールの存在を視覚的に示す証拠をつかんだのです」

2019年4月10日付け学術誌「Astrophysical Journal Letters」に発表された6編の論文には、離れ業のような観測と、それが実現するまでのプロセスと、画像から明らかになる詳細な事実が記されている。

主な発見の1つはブラックホールの質量を直接的に割り出したことで、間接的に推定された質量とよく一致していた。また、今回の研究では、超大質量ブラックホールから光速の粒子が噴出する謎について、新たなヒントが得られた。

「実に画期的な成果です。私たちはずっと、ブラックホールを見ることは不可能だと考えていました。自然は、私たちのそんな思い込みを覆してくれたのです」と、ドールマン氏は語る。

■月面に置いたオレンジを撮影するようなもの

EHTは当初、私たちの太陽系を含む「銀河系(天の川銀河)」の中心にある超大質量ブラックホールを撮影しようとしていた。「いて座A*(エースター)」と呼ばれるそのブラックホールの質量は太陽の400万倍ほどで、M87に比べるととても小さい。そこで研究チームは、銀河系から最も近く、最も大きいブラックホールの1つであるM87のブラックホールにも望遠鏡を向けて、将来的には両者を比較したいと考えた。

M87のブラックホールの肖像画の方が先に得られたのは、私たちの銀河系の中心をのぞき込むことが、隣の銀河団のブラックホールに目を凝らすことより少々難しかったからだ。

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した数々の驚異的な写真が単一のスナップショットだとすれば、今回のEHTの画像は、複数の望遠鏡での観測結果を「干渉法」という手法で合わせた合成写真だ。別々の望遠鏡で同時に観測した結果を照合することで、望遠鏡の間の距離と同じ大きさの1個の巨大な望遠鏡を使っているかのように対象を「見る」ことができる。

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