2019年4月、世界はほんの一瞬ではあったが、半光の輪に囲まれた不気味な空間に魅了された。それはブラックホール、より正確には地球から約5400万光年離れたおとめ座の銀河、メシエ87の中心核にある超大質量の重力深淵の、初めての直接撮影だった。
現在、大規模な国際協力の科学者たちがそのデータをさらに詳しく調べ、ノイズを取り除いた上で、ブラックホールの初の偏光画像を公開し、その磁場の構造を明らかにしている。
この研究は、本日、アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に2本の論文として発表されました。論文では、研究チームの観測装置と、M87の中心にあるブラックホールの理論的解釈に対する研究結果の意義について解説されています。ブラックホールはブレーザーであり、エネルギーと素粒子のジェットが降着円盤からほぼ光速で噴出しています。ジェットの特性は周囲の磁場によって定義されるため、これらの磁場の構造を理解することは、ジェットの物理学というより謎めいた問題を解明する手がかりとなります。
「画像を見て、偏光ベクトルがどのように振る舞うかを見れば、そこから磁場の形状を推測することができます」と、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの天体物理学者で共著者のマチェク・ウィールガス氏はビデオ通話で述べた。「ジェットの物理学という観点から、これは私たちにとって非常に興味深いことです。なぜなら、ジェット噴出の理論モデルが機能するために必要な条件が分かっているからです。」
新しい画像は、最初の衝撃的な画像と非常によく似ているように見えるかもしれませんが、降着円盤（ブラックホールの周囲に蓄積される物質）の渦巻きが少し大きくなっています。しかし、新しい画像が描写しているのは、ブラックホールのより具体的な詳細です。以前の画像は、M87のプラズモイド核から放射される光の総量を示していました。ブラックホールの磁場が弱い場合、プラズマは磁場を円形に引き寄せ、光波は磁場に影響を受けていないかのように、磁場に対して垂直に振動します。しかし、磁場が強い場合、光波の偏光パターンは異なります。そして、それらの磁場の強さの間のどこかで、放出される偏光はより螺旋状の形状を呈します。
「この研究が示しているのは、ブラックホールに非常に近いM87内部降着流の投影像がリング対称、つまり方位角対称に見えることです」と、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの天体物理学者で共著者のリチャード・アナンチュア氏は、同じビデオ通話で述べた。「この垂直な磁場構造は、磁場が他の降着流とただ弱々しく動いているだけではないことを示しています…磁場は相対論的ジェットの重要な足場なのです。」
https://gizmodo.com/this-is-the-first-photo-of-a-black-hole-1833923659
イベント・ホライズン・テレスコープは、従来の望遠鏡とは全く異なります。四大陸にまたがり、原子時計に合わせて宇宙を観測する観測所の数が増え続けることを指す総称です。地球ほどの大きさの複合望遠鏡を事実上構築することで、超長基線干渉法と呼ばれる宇宙探査手法を試みることができます。計算は複雑ですが、基本的には、複数の観測所が一つの天体を観測し、各アンテナに到達する光の微小な差を考慮して天体の大きさを測定します。地球の自転に伴い、より多くの観測所がデータを収集し、それらのデータを既に記録されているデータと関連付けることができます。収集されるデータが増えるほど、ブラックホールの画像はより鮮明になります。
このチームの天体物理学者たちは、ドロシーとそのチームがオズの魔法使いにやったように、事実上ブラックホールの挙動の幕をはがしたと言えるでしょう。しかし、ここでの違いは、この幕の後ろには12もの魔法使いがいるということです。彼らは魔法使いの輪郭を少し強調しただけです。
ウィールガス氏は、今後の「聖杯」はM87の核の最も奥深い仕組みをより深く観察することだと述べた。具体的には、巨大なプラズマジェットを形成し、噴出させ、集束させ、加速させた大規模な条件を明らかにすることだ。現状では、画像とその背後にあるデータにはノイズが多すぎるため、露出オーバーの画像では最もコントラストの強い天体しか映らないなど、それ以上のことは何も見えない。イベント・ホライズン・テレスコープのアレイにさらに多くの望遠鏡を追加することで、チームは磁場の形状がどのように変化し、銀河核から放出されるジェットがどのように形作られるかを観察できるようになるだろう。
「磁場は怠け者だ、というのは磁場は仕事をしないからだ、という言い方があります。磁場は磁場に平行な磁力ではなく、垂直な磁力を発揮します」とアナンチュア氏は述べた。「仕事の定義によれば、力が何かを行う方向に対して垂直であれば、それは仕事をしていないことになります。しかし、磁場は実に非常に怠け者なので、この定義を回避し、ブラックホールに仕事をさせているのです。」
ブラックホールは、決して取るに足らないものではなく、実は驚くべき物理学の舞台であり、目に見えない力が、これまで知られていない距離よりも長いビームを宇宙に向けて発射する場所であり、そのホールの逃れられない重力に反抗しているかのようです。
「これは磁気レールガンです」とマチェク氏は言う。「エネルギー源はブラックホールの回転エネルギーです。」
