アインシュタインのブラックホールに関する予測の一つがついに確認された

ブラックホールの中心から放射される強力なX線フレアを検出することは目新しいことではない。しかし、ブラックホールの背後からの光信号を検出するのは別の話だ。ブラックホールの重力は非常に強く、中に入ったものは何も出てこないからだ。これまで、ブラックホールの向こうからの光を発見できた科学者はいなかった。

名前から想像されるのとは対照的に、超大質量ブラックホールは宇宙で最も明るい連続光源の 1 つになり得ます。その強力な重力によってあらゆる種類の物質が引き寄せられ、いわゆるイベントの周囲に明るいリング、つまりコロナとして現れます。超大質量ブラックホールのコロナについてはほとんど知られていないため、科学者は地球から 1 億光年離れたブラックホール I ツビッキー 1 に着目し、そこから放射される光線を調査しました。

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彼らは、予想されていたフレアに加えて、超大質量ブラックホールの周囲でより小さなX線「エコー」を検出した。これらのパルスビームの光の特徴は、それらが同じX線フレアであるが、裏側から反射されたものであるということを示した。つまり、超大質量ブラックホールの重力が実際に時空を歪ませ、そのためビームが当時は特殊な望遠鏡で検出可能な方向に曲がったに違いないということだ。ネイチャー誌に掲載されたこの発見は、アインシュタインの一般相対性理論からの重要な予測を裏付けている。

1915年、アインシュタインは超大質量ブラックホールの周りで光がどのように曲がるかを予測した。しかし、「50年前、天体物理学者がブラックホールの近くで磁場がどのように振る舞うかについて推測し始めたとき、彼らは、いつの日かこれを直接観測し、アインシュタインの一般相対性理論が機能するのを見る技術ができるとは想像もしていなかった」と、天体物理学者で論文の共著者であるロジャー・ブランドフォードは声明で述べた。

この研究は、著名な物理学者が半世紀以上前に予測したことを初めて確認したものです。

「これまでにもX線エコーの特徴は見られたが、ブラックホールの背後からやってきて私たちの視線に回り込むエコーを分離することはこれまでできなかった」と、この研究には関わっていないウェイン州立大学の天文学者エドワード・カケット氏はテクノロジーレビューに語った。「物体がどのようにブラックホールに落ち込むのか、ブラックホールがどのように周囲の時空を曲げるのかをより正確にマッピングできるようになるだろう」

ブラックホールは、文字通りにも比喩的にも、宇宙最大の謎のひとつです。ブラックホールの裏側を垣間見ることは天体物理学にとって画期的な一歩であり、ブラックホールがどのように成長するのか、どのようにエネルギーを吸収して放出するのか、そしてブラックホールが周囲の銀河の形成にどのように貢献するのかといった謎の解明に科学者たちが一歩近づくことにつながります。

「我々は、これらのエコーをどのように利用してブラックホールのすぐ外側の極限環境の画像を再構築するかを研究しているところです」と、スタンフォード大学の天体物理学者でこの研究の筆頭著者であるダン・ウィルキンス氏はVICEに語った。

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もちろん、このレベルの画像を得るには強力な機器が必要です。これらのX線は、NASAのNuSTARと欧州宇宙機関（ESA）のXMM-Newtonという2つの特殊な望遠鏡を使用して検出されました。ESAは新しいX線観測装置Athenaの開発に取り組んでおり、これにより天体物理学者はこれまでにない解像度でこれらのブラックホールの背後を見る機会が増えることが期待されます。

「銀河がどのように形成されるかを理解したいのであれば、私たちが研究している、膨大な量のエネルギーとパワー、驚くほど明るい光源を放出できるブラックホールの外側のプロセスを理解する必要があります」とウィルキンス氏はテクノロジーレビューに語った。

訂正 2021 年 7 月 30 日: この記事の以前のバージョンでは、アインシュタインが一般相対性理論を発表した年が誤って記載されていました。発表されたのは 1963 年ではなく 1915 年です。