超大質量ブラックホールの揺れ動くシャドウ。M87の過去の観測データを解析

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超大質量ブラックホールの揺れ動くシャドウ。M87の過去の観測データを解析
M87の中心の超大質量ブラックホール

国際協力プロジェクト「イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)」が撮影に成功した、M87の中心にある超大質量ブラックホールのシャドウ(Credit: EHT Collaboration)

1年半前の2019年4月、国際協力プロジェクト「イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT:Event Horizon Telescope)」は、おとめ座の方向およそ5500万光年先にある楕円銀河「M87」の中心に位置する超大質量ブラックホールのシャドウの撮影に成功したことを発表しました。公開された画像(冒頭に掲載)には、太陽の65億倍もの質量があるとされるブラックホールを取り囲む、非対称なリング状の構造が写し出されています。

今回、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターのMaciek Wielgus氏らの研究グループは、2009年から2013年にかけて得られたM87中心の超大質量ブラックホールの観測データを解析したところ、このリング状の構造が揺れ動きながらも8年間存在し続けていたことを示唆する結果が得られたとする研究成果を発表しました。

EHTが2019年に公開した画像は、2017年4月に実施された1週間の観測で得られたデータをもとに作成されています。研究グループは、2017年の観測データを2009年以降に行われた過去の観測のデータと比較することを試みました。ただ、過去のデータはブラックホールシャドウを画像化するには情報量が少なすぎるため、統計学的な手法を用いることで観測データを最もよく説明できる形状のモデルが導き出されています。

2009年から2017年にかけて観測されたM87中心の超大質量ブラックホールの姿(モデル)と、観測を行ったEHTの観測網を示した図。モデルの中心から見たリング状構造の明るい部分の向きが変化していることがわかる(Credit: M. Wielgus, D. Pesce & the EHT Collaboration)

解析の結果、2009年から2017年までの8年間の観測データから得られたブラックホールシャドウの直径が、アインシュタインの一般相対性理論から予測された直径と一致していたことがわかったといいます。研究に参加したマサチューセッツ工科大学の秋山和徳氏は「M87中心核の姿やその中心にあるシャドウの起源がブラックホールにあることがさらに確実になりました」と語ります。

また、過去の観測データの解析により、非対称なリング状構造の明るい部分の向きが時間とともに揺らぐように変化している様子も捉えられました。今回の解析によって、ブラックホールに流れ込むガスの流れが事象の地平面のすぐ近くで時間とともに変化する様子を、研究者たちは初めて垣間見ることができたといいます。このようなブラックホール周辺の領域は、光速に近い速さで噴出するジェットが生成される仕組みや、一般相対性理論の新しい検証方法を確立する上で重要とされています。

現在EHTではグリーンランドの望遠鏡が加わった2018年の観測データの解析が進められており、2021年からはさらに2か所(アメリカ、フランス)の望遠鏡が観測に参加する予定です。EHTのプロジェクトサイエンティストを務めるGeoffrey Bower氏は「ブラックホールの研究はエキサイティングな時期を迎えています!」とコメントしています。

 

Image Credit: M. Wielgus, D. Pesce & the EHT Collaboration
Source: EHT Japan / EHT
文/松村武宏


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