これまでで最も広範囲なブラックホールの地図をご覧ください

一見すると、黒い背景に輝く白い点の配列は、他の夜空と何ら変わりません。しかし実際には、この画像にはもっとすごいものが写っています。星のような白い点は、実は無線信号で捉えられた何千もの超大質量ブラックホールなのです。これは、これまでに作成された 25,000 個を超えるブラックホールの最も詳細な地図です。

これらのブラックホールはそれぞれ、何百万光年も離れた銀河の中心で塵やガスを飲み込んでいます。これらの強烈で貪欲な渦巻きは、地球に届くほどの多波長の放射線を発しています。これらのブラックホールが活発に宇宙の粒子を飲み込んでいなければ、ブラックホールの位置を特定するのはほぼ不可能でしょう。なぜなら、休眠中のブラックホールは検出可能な放射線を発しないため、ブラックホールは目に見えないからです。

宇宙の食事の真っ最中であっても、活動中のブラックホールを捉えるのは容易なことではないのに、ましてや数千個となると、なおさらだ。ブラックホールの超低周波の電波波長は、ヨーロッパの 52 か所に散在する 20,000 個の無線アンテナのネットワークである低周波アレイ (LOFAR) によって検出された。

LOFAR は現在、100 メガヘルツ未満の周波数で高解像度の画像を作成できる唯一の電波望遠鏡ネットワークです。電波が宇宙を移動すると、周波数が低下し、エネルギーも低下します。エネルギーが低いと信号を検出するのが難しくなり、電波が宇宙を数百万光年移動するとエネルギーが低下するため、LOFAR のような高感度アレイは、ブラックホールのエネルギー特性や宇宙の他の現象を検出する鍵となります。

アンテナのネットワークが信号を受信すると、そのデータは上記のような画像にまとめられる。この特定のケースでは、研究者は各アンテナから収集した電波データをまとめ、各ブラックホールの位置を推定した。「これは、非常に難しいデータに対する長年の研究の結果です」と、ドイツのハンブルク大学の天文学者フランチェスコ・デ・ガスペリン氏は説明する。「無線信号を空の画像に変換する新しい方法を発明しなければなりませんでした。」

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LOFAR は、宇宙望遠鏡では回避できない大きな障害、つまり電離層に直面しています。この大気圏の最外層は、地球の周囲に電子と荷電粒子の殻を形成しています。地表から 50 キロメートルの高度から 1,000 キロメートルの高度まで広がっており、大気圏が宇宙の真空と出会う場所です。

5メガヘルツ未満の超低周波電波は、地球表面のLOFARアンテナに向かう途中でこの大気層に当たると、宇宙空間に反射されます。電離層の干渉を補正するために、天文学者チームは、電波放射を収集しながら4秒ごとに干渉を除去する、スーパーコンピューターで実行されるアルゴリズムを開発しました。

「長年のソフトウェア開発を経て、これが今や本当にうまく機能しているのを見るのは本当に素晴らしいことです」とオランダのライデン天文台の天文学者フーブ・レットゲリング氏は言う。

この最初の画像は北半球の空の 4% をカバーしており、10 年にわたる開発と分析、そして LOFAR が吸収した約 11 日分の電波放射を組み合わせたものです。研究者は、LOFAR LBA スカイ サーベイの一環として、超低周波で北半球の空全体を撮影する予定です。

この実験の全結果は「天文学と天体物理学」誌に掲載される予定だ。