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光がねじまげられる......ブラックホールをビジュアル化した画像が公開

2019年9月30日(月)16時30分
松岡由希子

NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

<アメリカ航空宇宙局(NASA)は、シミュレーションに基づき、ブラックホールをビジュアル化した画像を公開した......>

ブラックホールとは、極めて高密度で、光さえ脱出できないほどの強い重力を持つ巨大な天体である。国際研究チーム「イベントホライズンテレスポープ(EHT)」は、2019年4月10日、おとめ座にある楕円銀河M87の中心にあるブラックホールを直接撮影することに世界で初めて成功したが、画像は低解像度であり、その全貌はまだ十分に解明されていない。

20190410-78m.jpgEvent Horizon Telescope Collaboration

重力によって光がねじ曲げられた様子

アメリカ航空宇宙局(NASA)は、2019年9月26日、シミュレーションに基づき、ブラックホールをビジュアル化した画像を公開した。中心部の黒い円は「事象の地平面」と呼ばれ、ブラックホールの重力からの脱出速度が光速を超えるために脱出が不可能な境界である。

フランスの天体物理学者ジャン=ピエール・ルミネ博士が1960年代のコンピュータ「IBM7040」を使って1978年にブラックホールをシミュレーションした画像にも、同様の黒い円が中心部に描かれていた。また、「事象の地平面」の周囲で明るく光る輪のような物体は「光子リング」で、重力によって光がねじ曲げられたものである。

luminet.jpgJean-Pierre Luminet

周囲からガスや塵がブラックホールに落ち込む際、これらのガスや塵はまっすぐ落ち込むことなく周りにリングを形成し、「降着円盤」と呼ばれる円盤を形成する。NASAのシミュレーション画像において、ブラックホールの周りを周回しているオレンジ色の物体が「降着円盤」だ。

この画像では、ブラックホールの後ろに回り込むはずの「降着円盤」がブラックホールの上部にあらわれている。これは、「事象の地平面」の外側でさえ重力が非常に大きく、時空が歪み、「降着円盤」の光の経路が曲がるためである。

bh_labeled.jpg

非常に強いドップラー効果を引き起こす唯一の天体

この画像の「降着円盤」では、明るくみえる部分と暗くみえる部分がある。これは「相対論的ビーミング」と呼ばれる現象で、「降着円盤」の回転によるものだ。この動きが光の波長の周波数に変化をもたらす。これがいわゆるドップラー効果である。私たちに向かってくる「降着円盤」は光速に近づくので明るく見える一方、私たちから遠ざかっていく側は、逆の作用により暗く見えるというわけだ。

このような「降着円盤」の視光度の非対称性について、ルミネ博士は「これこそ、ブラックホールの主な特徴であり、『降着円盤』の内部に光速に近い回転速度をもたらし、非常に強いドップラー効果を引き起こす唯一の天体である」と述べている。

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