この巨大な望遠鏡のおかげで、ブラックホールのジェットの素晴らしい写真が撮れました

ブラックホールは、ただ黒い穴というだけではありません。ほとんどの銀河の中心にある超大質量ブラックホールは、粒子の泉でもあり、分裂した原子の巨大な噴流でホスト銀河の広大な範囲にエネルギーを与えています。これらの噴出物体は電波で熱く輝き、地球上の天体写真家の目の前に姿を現します。

そして今、天文学者たちはそのようなジェットのこれまでで最も鮮明な写真を撮影した。地球規模の電波望遠鏡ネットワークであるイベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）に携わる研究者たちは、史上初のブラックホールの影の写真を撮影し、ケンタウルス座の銀河の中心にあるブラックホールのジェットにズームインした画像を公開した。この観測はブラックホール天文学の限界を押し広げ、ジェットの発射が宇宙全体でどのように展開するかを研究者がさらに理解するのに役立つ可能性がある。

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「地球に最も近い電波銀河です」と、ドイツのボン大学の天文学者でEHT共同研究メンバーのマイケル・ヤンセン氏は言う。「超大質量ブラックホールから放出される典型的なジェットを研究したい場合、ケンタウルス座Aは理想的な候補です」

ブラックホールジャックポットの最新の配当

EHT は、南極やスペインの施設を含む少数の電波望遠鏡の運用を調整し、アレイが地球サイズの 1 つの機器として機能するようにしています。EHT が 2017 年に空に目を向けたとき、研究者はブラックホールの大当たりを当てました。素晴らしい天候に恵まれ、共同研究チームはブラックホールの最初の画像とブラックホールの磁場の最初の画像につながるデータを得ることができました。そして、彼らは今も天体情報の宝庫を精査し続けています。

月曜日、EHTの研究者を中心とするチームが最新の写真を撮影した。2017年に約6時間にわたり、EHTアレイはケンタウルス座A銀河の中心に照準を定めた。そこでは太陽の5500万倍の重さがあるブラックホールが、電子やその他の粒子のジェットを宇宙空間に数十万光年の長さで噴射している。

EHT はブラックホール自体の影をはっきりと捉えることはできなかった。ケンタウルス座 A は、最初に撮影されたブラックホールがある銀河 M87 の約 4 倍近い距離にあるが、ケンタウルス座 A のブラックホールは M87 のブラックホールの約 100 倍小さい。それでも、研究者たちは次善のもの、つまりブラックホールからの放射を見ることができた。ほとんどの望遠鏡にとって、ジェットはレーザー ポインターの光線に似た、細く特徴のない光線のように見える。しかし、地球で最も強力なアレイは、約半光日ほどの小さな構造を解像することができた。これは、海王星の軌道の直径の約 3 倍の幅である。

「私の知る限り、光日未満のスケールで何かが分解されたのを見るのはこれが初めてです」とヤンセン氏は言う。研究チームは月曜日、この観測結果をネイチャー・アストロノミー誌に発表した。

クローズアップの視点から見ると、ブラックホールがジェットを宇宙に放出する地点のジェットの形状が少しだけ明らかになる。ジェットの中心はほぼ完全に暗く見えるが、その端は明るく輝いている。この特徴は他のジェット研究でも明らかにされているが、これほど劇的なものはなかった。ケンタウルス座Aのブラックホールの場合、ジェットが空洞の円錐状であるか、複雑で螺旋状の磁場がその効果を生み出していることを示唆している。

理論家たちは、ブラックホールがどのようにしてこのような強力な流出を発生させるのかについて多くの疑問を抱いているが、そのうちのいくつかは、今回のような直接画像が答えを出すのに役立つかもしれない。研究チームは次に、2017年のデータから偏光を分析する予定で、これによりジェットの磁場を直接観察できるようになる。

ジェットから銀河まで

ジャンセン氏は、この活動の真っ只中にいるブラックホールをじっくりと観察したいと考えているが、その実現に何が必要かを正確に計算した結果、期待はしていない。主な課題は、ジェット自体の厚いベールを透かして見ることである。研究チームは、極めて高エネルギーの光はジェットを十分に貫通できるはずだが、地球上でそれを捉えるのは不可能だと結論付けた。しかし、もし天文学者が地球の周回軌道上に電波望遠鏡の配列を設置し、それらを少なくとも 5,000 マイル離して配置できれば、その装置で目的を達成できるかもしれない。

「私は若い天文学者なので、夢を見るのが好きです」とヤンセン氏は言う。「確かに長い時間がかかるでしょう。」

これほど大規模なアレイの具体的な計画は進行中ではないが、その間、ブラックホール天文学という新しい分野にはやるべきことがたくさんあるだろう。EHT は、M87 のブラックホール、私たちの銀河のブラックホール、そして宇宙全体に散らばるブラックホール関連の現象など、いくつかの天体の観測を続けている。

この共同研究チームは、1年以内に私たちの近くの超大質量ブラックホールの画像を公開することを目指しており、さらに分析を進めてそのターゲットに関する新しい詳細を説明し続ける予定です。このアレイでは、長期的に新しい望遠鏡も歓迎されます。

ブラックホールとそのジェットの挙動を精査することは、アインシュタインの一般相対性理論の重要な検証となるだけでなく、宇宙の全体像を具体化する鍵ともなります。

最も巨大なブラックホールでさえ、比較的小さく、太陽系の大きさと同程度です。しかし、それぞれのブラックホールは、ブラックホール自体の 10 億倍の広さの空間に粒子を噴出するジェットによって、銀河全体の動きを制御する上で非常に大きな役割を果たしています。これらのジェットは、ガスと塵を大量にかき混ぜて、銀河の星形成を停止させることがあります。まだ完全には解明されていない理由により、超大質量ブラックホールは銀河の行動に不可欠であると考えられており、銀河は宇宙の原子です。

「宇宙を理解したいなら、銀河とその進化を理解する必要がある」とヤンセン氏は言う。