宇宙雑学

史上初、ブラックホール撮影成功!どうやって撮影できたの?





ブラックホール wikipedia引用

ブラックホール wikipedia引用

 

宇宙でその存在だけは知られていた「ブラックホール」ですが、これまで実際にブラックホールが撮影されたことはありませんでした。

 

「宇宙と言えばブラックホール」というくらいの有名な天体が、これまで実際に見られなかったのが、さらにブラックホールの怖さと不気味さを際立たせていたという面もありましたね。そんなブラックホールですが、近頃ついに撮影に成功したというニュースが入ってきました!

 

ここでブラックホール撮影成功の話について紹介しましょう。

 

 

ブラックホールの理論史

ブラックホール wikipedia引用

ブラックホール wikipedia引用

 

「ブラックホール」とは、宇宙に存在するとされていた、高密度・大質量を持つ、その重力のために中に入ると光すら脱出できなくなるという天体です。

「宇宙と言えばブラックホール」というくらいに知名度のある存在ですよね。

 

アインシュタイン wikipedia 引用

アインシュタイン wikipedia 引用

 

18世紀の後半からその可能性が言われていましたが、一般的にブラックホールが認知されたのは、あのアインシュタインが1925年に発表した一般相対性理論からでした。

 

カール・シュヴァルツシルト wikipedia 引用

カール・シュヴァルツシルト wikipedia 引用

 

この一般相対性理論におけるアインシュタインの方程式を、ドイツの天体物理学者カール・シュヴァルツシルトが特殊解にしたことから現代的なブラックホールの理論が出発しました。このシュヴァルツシルト解は、「時空は球対称で自転をせず、かつ真空」という、一番単純な仮定によって一般相対性理論を導くことによって得られました。

 

アインシュタインは一般相対論の特異点が成り立つことを認めていましたが、それはあくまで理論上の話で、現実的ではないと考えていたようです。

 

 

これまでのブラックホール撮影までの道のり

ブラックホール wikipedia

観測された諸事象を織り込み、ブラックホールとその伴星を描いた想像図 wikipedia引用

 

ブラックホールは独自の特徴があるため、これまで観測・撮影を行うことが困難とされてきました。ただ、他天体と相互作用から間接的に観測が行われていました。ブラックホールの存在は上記のように「あくまで理論的な存在」に過ぎませんでしたが、1970年代に「X線天文学」が発建したことによってブラックホール観測の転機を迎えます。

 

宇宙からはX線が放出されますが、このX線は地球の空気に吸収されてしまうので人工衛星によって観測する必要がありました。マサチューセッツ工科大学が中心になったグループが打ち上げたX線観測衛星の「ウフル」は、4年にわたって多くの天体を長期間観測して、X線のが生まれる場所は中性子星・超新星の残骸・パルサーということを突き止めますが、「はくちょう座X-1」のX線データが不規則に激しく変化していて、これに科学者たちが注目しました。

 

その後、精密な分析により、太陽の30倍という質量を持っている「X-1」が、自己の重力で潰れた星を周回している事が判明します。X線が非常に早く変化しているため、この天体の大きさはとても小さいものの、質量は太陽よりもさらに大きいということから、担当者のリカルド・ジャコーニは「この天体はブラックホールである」と述べました。

 

JAXA wikipedia

JAXA wikipedia 引用

 

2011年の9月5日には日本の国立天文台・JAXAが、世界で初めて「ブラックホールの場所を特定する」ことに成功しました。これは、地球から約5440万光年もの距離にある、「おとめ座A(M87)銀河」の超巨大なブラックホールを、電波観測によって観測したことによります。

 

 

ついに明らかになったブラックホールの姿

 

そして今年2019年4月、これまで理論上の存在であったブラックホールの撮影がついに成功しました!

ブラックホールの撮影に成功したのは、「イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)」という、世界の8つの望遠鏡が連携したものです。

 

ブラックホール wikipedia

ブラックホール wikipedia

 

撮影したブラックホールは地球から約5億キロメートル離れた「M78銀河」の中心にある、直径400億キロメートルの天体で、「モンスター」と科学者たちが呼んでいるものです。ブラックホールが存在する、視覚的な証拠が確認されたのは今回が史上初になります。

 

画像中心に暗い領域があり、周りを光の輪が見えますが、輪の片側はさらに明るく輝いているようです。M87銀河は地球から5500万光年も離れたおとめ座銀河団にあり、中心にあるブラックホールの質量は太陽のなんと65億倍という大きさです!

 

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・コラボレーション(EHT)」の責任者である、シェパード・ドールマン氏は、「これまで不可視とされてきたものを見ることができた」と語りました。このEHTは、世界の8つの望遠鏡を結んでネットワークを構成しています。

 

200人以上という研究者が携わり、10年以上もかけてついにブックホールの撮影に成功しました。プロジェクト名になった「事象の地平面」はブラックホールの周りにあるという境界で、光さえも脱出できない場所です。

 

欧州南天天文台(ESO)によれば、撮影には「超長基線電波干渉計」という技術を使って、8つの電波望遠鏡を組み合わせたそうで、これが実質的に地球とほぼ同サイズの仮想的望遠鏡になりました。

 

このブラックホール「モンスター」の大きさは太陽系全体すら上回り、重力は太陽の65億倍、想定される全ブラックホールの中で最も重い、ブラックホールの王様です。画像は、まるで炎のようなの輪があって、内側が真っ黒な円形の穴があります。

 

この光の輪は、超高温ガスがブラックホールに吸い込まれたときに現れるもので、明るさはこの銀河のすべての星の明るさを足したものより明るいんだそうです!

このような明かりのため、5500万光年という距離にある地球からも確認できました。

 

ニュースなどでも、今まで見ることができなかったブラックホールの画像がついに公開されました。

黒い部分はだいたい予想通りという感じですが、外側の炎のような明かりが意外ですよね?

 

これが、地球からはるか彼方にある太陽よりもはるかに大きいという、想像を絶するブラックホールの姿なんですね!

 

 

20年もアピールし続けた教授の努力がついに

 

今回の撮影により、ブラックホール研究が進む可能性があります。

撮影の提案者であるオランダのラドバウド大学のハイノ・ファルケ教授は、学生だった1993年にこのプロジェクトを考えましたが、これが実現可能だとは誰も思いませんでした。しかし教授は、ブラックホールは実際に2.5倍大きく見えることや、その周りに電波がある可能性を見つけ、地球の望遠鏡で捕らえられるかもしれないと考えていたのです。

 

この2つの要素が、これまで不可能とされていたことを可能にしました。

 

ファルケ教授が実に20年間もアピールし続けたことで、欧州研究会議がプロジェクトの資金を拠出し、アメリカ国立科学財団・東アジアの機関も支援に乗り出すことで、総額4000万ポンド、日本円で約58億円という資金が集まりました。

 

ブラックホールを撮影するには、普通の望遠鏡1つでは無理のため、ハーヴァード・スミスソニアン天体物理学センターのドールマン教授は、世界にある8つの電波望遠鏡を連携させ、これまでにない大規模なプロジェクトとし、なんと地球サイズという望遠鏡「EHT」を完成させました。

 

その望遠鏡は、ハワイ・メキシコ・米アリゾナ州・スペイン・チリ・南極に設置されているものです。

多くの国の天文学者たちが約200人集まり、EHTを「M87銀河」に向けて10日間観測しました。

 

そのデータは量が大きくインターネットで送信できないため、何百というハードディスクに保存してアメリカのボストンとドイツのボンにある処理センターで集約しました。ドールマン教授はこのプロジェクトを「わずか1世代前まで不可能とされていたことを実現した。テクノロジーの飛躍と世界最高の電波観測所が協力し、さらに画期的な計算方法によって、ブラックホールへの新しい窓が開いた。並外れた科学的偉業」と語りました。

 

さらにこのチームは、天の川銀河の中心にある超巨大ブラックホールの撮影も続けています。意外なことに、実はこれは今回の5500万光年先の銀河の撮影するより難しいのです。なにかの理由によって、天の川銀河にあるブラックホールは炎の輪が小さくて暗いためです。

 

 

すごすぎた「ブラックホールの王様」

 

ついに実現した、ブラックホールの撮影についてでした。これまで見ることができなかったブラックホールがついに見れたということで、大きなニュースとなりました。世界の望遠鏡が連携した、地球サイズの望遠鏡というのがすごいですね。

 

このブラックホール「モンスター」の大きさ、すごすぎてちょっと想像できないレベルですね!

 

写真引用元:wikipedia

 

関連記事:宇宙における最大の謎のひとつ!ブラックホールとは?特徴や観測史について!

 




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気になる宇宙分野:宇宙全般ですが、特に太陽系外の宇宙に興味があります。

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