科学者たちは、アインシュタインの理論と一致する行動など、初めて直接撮影されたブラックホールに関する重要な新事実を学んでいるが、非常に不安定なリングという形で予期せぬ特徴も示している。
ずいぶん昔のことのように思えますが、2019年4月に、この超大質量ブラックホールの驚異的な画像が初めて公開され、私たちはついに、目には見えないブラックホールを目の当たりにすることができました。もちろん、ブラックホールを実際に「見る」ことはできません。6歳児なら誰でも喜んで教えてくれるように、ブラックホールは光を吸い込む性質があるからです。しかし、この画像に写っているのは、ブラックホールの影と呼ばれる非対称のリングです。これは、ブラックホールの事象の地平線（光がそこから逃れられない境界線）の周りを渦巻く、高温のガスの輪です。
このブラックホールは、太陽の65億倍の質量を持ち、5500万光年離れたメシエ87銀河（M87）に位置しています。M87*と名付けられたこのブラックホールは、2019年4月にイベント・ホライズン・テレスコープによって撮影され、歴史的な科学的成果となりました。この画像はM87*の静止画でしたが、今週アストロフィジカル・ジャーナルに掲載された新たな研究によると、このブラックホールとその周辺領域の物理的変化を時間経過とともに研究することが可能になったことが示されています。
EHTプロジェクトの天文学者たちは2017年4月に1週間にわたってM87*を観測しましたが、その形状変化といった系の動きを追跡するには十分な時間がありませんでした。しかし、研究者たちは2009年まで遡るEHTのアーカイブデータを分析することで、まさにその追跡調査を行いました。
「ブラックホールが10年かけて進化する様子を見たいなら、10年分のデータに勝るものはない」と、ハーバード大学とスミソニアン博物館の天体物理学センターの天文学者で、今回の論文の筆頭著者であるマチェク・ウィールガス氏はプレスリリースで述べた。
EHTは、世界中に戦略的に配置された電波パラボラアンテナからなる大型望遠鏡アレイです。このシステムは2017年にフル稼働を達成し、5つの異なる地点に設置されたパラボラアンテナは、マックス・プランク電波天文学研究所のプレスリリースで説明されているように、「地球サイズの電波パラボラアンテナ」と言えるものとなりました。しかし重要なのは、EHTアレイの初期プロトタイプが、システムの構築中に重要な天文学情報を収集していたことです。具体的には、巨大なブラックホールの観測データは、2009年から2012年にかけて3地点で、2013年には4地点で収集されました。
「これらの観察には画像を作成するのに十分な情報は含まれていませんが、単純な幾何学モデルを制限するには十分です」と著者らは新しい研究で書いています。
研究者たちは、統計モデリング技術とある程度の推測を組み合わせることで、EHT が 2019 年までに収集した観察データを含むプロセスで、システムの経時的な変化を図表化することができました。
モデルが示すように、この物体の全体的な形状は過去10年間変化していません。これはアルバート・アインシュタインのファンにとっては朗報です。このサイズのブラックホールの三日月形の影の直径が一定であることは、彼の有名な一般相対性理論から導き出された予測と一致しています。
「この研究では、このリングの全体的な形態、つまり非対称なリングの存在が、おそらく数年のタイムスケールで持続することを示しています」と、MITの科学者でこの研究の共著者であるカズ・アキヤマ氏は、ハーバード・スミソニアン協会のプレスリリースで述べています。「これは理論的な予想を裏付ける重要な証拠であり、複数の観測結果の一貫性は、M87*の性質と影の起源について、これまで以上に確信を与えてくれます。」
この不変性はさておき、天文学者たちは大きな変化に気づきました。非対称のリングがかなり揺れているように見えるのです。リングの形状は過去10年間変わっていませんが、回転しています。
「実際、かなり大きなばらつきが見られます」とウィールガス氏は言う。
MPIfRAの天文学者でこの研究の共著者であるトーマス・クリッヒバウム氏は、「データ分析は、リングの向きと微細構造が時間とともに変化することを示唆している」と述べ、これは「事象の地平線を取り囲む降着流の動的構造に関する第一印象」を提供するため重要だと、マックス・プランクのプレスリリースで説明した。
M87*の降着流（ブラックホールに流れ込む物質の速度）は変動しているように見える。著者らの推測によると、リング内の輝くガスは磁場の影響で非常に乱流状態にあり、これがブラックホールの外観を時間とともに変化させている原因となっている。これは非常に興味深い。「この揺れのダイナミクスによって、降着流を（測定）できるようになるからです」とアナトゥア氏は述べた。
https://gizmodo.com/what-we-learned-from-the-first-black-hole-image-1833946160
この論文によって、ブラックホール周辺の精密領域を研究する新たな時代が到来しました。天文学者はこれらの特異なシステムの時間的変化を追跡することができ、降着流だけでなく、相対論的ジェットなどの関連現象も研究できるようになるはずです。相対論的ジェット（高エネルギー粒子の流出）の物理的特性は、「ブラックホールの母銀河における周囲の物質との相互作用を理解する鍵」であると、研究共著者のリチャード・アナンチュア氏は発表の中で述べています。降着流の観測は、これまでかなり確固たる地位を築いてきた一般相対性理論を検証する新たな手段となるでしょう。
