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人類の英知が導いたブラックホール初撮影

OBSERVING THE INVISIBLE

2019年5月7日(火)18時45分
アリスター・グラハム(豪スウィンバーン工科大学天文学教授)

撮影に成功した超巨大ブラックホールの画像 REUTERS

<巨大ブラックホールの撮影に国際研究プロジェクトが初めて成功......アインシュタインの相対性理論からの長い道のり>

銀河の中心にある超巨大ブラックホールの姿を、ついに私たちは写真で見た。見えざるものを、ついに見たのである。

その不思議な写真は、輝くプラズマの発した電波を捉えたもので、光ですら脱出できないブラックホールの境界、いわゆる「事象の地平面=イベントホライズン」を影絵のように写し出していた。

M87銀河にある超巨大ブラックホールの「可視化」は、世界中の200人以上の科学者、エンジニアが協力して各地の高性能な電波望遠鏡多数を連携させた成果だ。ここに至るまでの長い道のりを振り返ってみたい。

まずは1783年にイギリスの天文学者ジョン・ミッチェルが「暗黒の星」の概念を提唱した。極めて密度の高い星では光の粒子でさえ、その重力圏を脱出できない(だから目に見えない)という仮説だ。以来、天文学はずいぶん遠くまできた。

今年1月には、いて座Aスターから電波が放出されている画像が発表された。いて座Aスターは、私たちがいる銀河(天の川)の中心にある超巨大ブラックホールを取り囲む領域だ。その画像はイベントホライズンの9倍の大きさまで捉えていた。

そして今、国際研究プロジェクトのイベントホライズンテレスコープ(EHT)が、地球から5500万光年離れたM87銀河の超巨大ブラックホールのイベントホライズンの画像解析に成功した。ノーベル賞級の功績は、何世代にもわたる発見と洞察のたまものだ。

20世紀初頭にアルバート・アインシュタインが相対性理論を発表してから、科学は大幅に進歩した。1916年には天文学者のカール・シュヴァルツシルトとヨハネス・ドロステが別々に、アインシュタインの方程式によって数学上の特異点を含む解を導き出した。そして20~30年代には、原子物理学者たちがある結論を下した。質量が重くなり過ぎた星は重力崩壊を起こして特異点に至り、その生涯を終えて「凍結する」と。

内部の研究は今も続く

「凍結した星」は、アインシュタイン理論における時間の奇妙な相対性を示している。つまり、崩壊した星を取り囲むイベントホライズンは、外部から観察すると、時間が止まっているように見えるのだ。

その後、特異点の概念は量子力学に取って代わられたが、ブラックホールの表面と内部については今も研究が進められている。

ミッチェルが予見した「暗黒の星」は私たちの銀河に何百万もあると考えられるが、イベントホライズンは小さ過ぎて観測できなかった。仮に私たちの太陽が崩壊してブラックホール化した場合、そのイベントホライズンは直径3キロ程度だ。

超巨大ブラックホールの形成については諸説あるが、ブラックホールは「宇宙空間に開いた穴」ではなく、物質だ。

72年にはロバート・サンダースらが、私たちの銀河の中心にある物質は太陽の約100万個分の質量を持つと計算した。78年までにはウォーレス・サージェントらが、M87銀河の中心にある物質の質量は私たちの太陽の50億倍と推定していた。

そして95年には日本の三好真らが、M106銀河の中心にあるブラックホールを電波干渉法による観測で確認した。

今日では、私たちの銀河に近い銀河系にある約130の超巨大ブラックホールが、その周辺にある星やガスの公転速度と距離によって確認されているが、その中心部で起きている重力崩壊の様子までは観測できていなかった。

地球から観測できる範囲で一番大きく見えるのは私たちの銀河とM87銀河なので、今回の国際プロジェクトはこの2つの銀河に絞って観測を続けた。

そしてついに、M87銀河のブラックホールのシルエットを捉えることに成功した。大変な快挙だ。ブラックホールは時間をものみ込むらしいが、人類の想像力と英知、意志の強さ、そして科学的な予測の力も驚異的な自然の力なのである。

The Conversation

Alister Graham, Professor of Astronomy, Swinburne University of Technology

This article is republished from The Conversation under a Creative Commons license. Read the original article.

<本誌2019年04月23日号掲載>

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