科学者たちは、4台の強力な望遠鏡からの光を組み合わせることで、銀河系の中心にある超大質量ブラックホールの周囲の環境をこれまでで最も深く鮮明に捉えました。
「これはまさに、銀河中心を観測するための数十年にわたる努力の成果です」と、マックス・プランク天体物理学研究所の天文学者であり、今回の新たな観測結果を詳述した2つの新たな論文の共著者であるジュリア・スタドラー氏は電子メールで説明した。
査読済みの論文は本日、天文学と天体物理学誌に掲載されました。1本はブラックホールの新たな知見を詳細に示し、もう1本は銀河核における質量分布の解明を目的とした論文です。マックス・プランク地球外物理学研究所所長のラインハルト・ゲンツェル氏を含むこのチームは、いて座A*の観測に精通しており、「銀河系中心における超大質量コンパクト天体の発見」により2020年のノーベル物理学賞を受賞しています。
ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡干渉計を用いて、天文学者たちは、私たちの銀河系にある超大質量ブラックホール「いて座A*」（サジタリウス・エー・スターと発音）の周囲を周回する複数の星の運動を追跡することに成功しました。さらに、これまで知られていなかった恒星（S300と命名）も発見しました。この新たなデータを用いて、天文学者たちはアインシュタインの一般相対性理論を検証し、ブラックホールの新たな質量推定値を構築し、銀河中心までの距離を測定することに成功しました。さらに、いて座A*付近の星の挙動をより正確に観測することにも成功しました。
これらの星がブラックホールを一周するには14年から18年かかり、軌道を正確に測定するには長期間の観測が必要です。研究チームは長年にわたるデータ収集に加え、ESOの超大型望遠鏡（VLT）にある4基の口径8.2メートル（27フィート）の望遠鏡すべてで集められた光を統合するGRAVITY干渉計を使用しました。スタドラー氏の説明によると、GRAVITYは「角度分解能を従来の20倍に向上」させ、「これは非常に大きな進歩」でした。これに加え、高度な画像ソフトウェアを使用することで、「銀河中心のこれまでで最も深部の高解像度画像を取得することができました」とスタドラー氏は述べています。
GRAVITYは、2021年3月から7月にかけて、ブラックホールの周りを回る星々の正確な動きを測定した。2021年5月にいて座A*に最接近した恒星SN29は、冥王星から太陽までの距離の約3倍に相当する80億マイル（130億キロメートル）の距離をブラックホールを通過した。SN29の自転速度は秒速5,431マイル（8,740キロメートル）と、想像を絶する。これは光速の0.03％に相当し、これまでの記録保持者である秒速4,785マイル（7,700キロメートル）の恒星S2を上回っている。これまで未検出だった恒星S300の発見は、GRAVITYが微かな天体でも見つけるのが得意であることを示すものだ。
「ブラックホールのすぐ近くに見える星の数には本当に驚かされます」とスタドラー氏は語った。「それぞれの星を区別し、互いの動きを正確に追跡できるのは、GRAVITYの高解像度があるからこそ可能なのです。」
星の運動を追跡することでブラックホールの質量の見直しが可能になり、太陽の430万倍もの質量があることが明らかになりました。この観測結果は、アインシュタインの一般相対性理論と整合しています。研究チームは「今回の測定結果を用いて、いて座A*の周囲に何らかの拡張質量成分が存在するかどうかも調べました。その結果、それほど大きな質量は存在しないことがわかりました」とスタドラー氏は説明します。「例えば、いて座A*の周囲に1,000個の小さなブラックホールの群れが存在する可能性は排除できます。」これは良い情報です。このデータにより、地球からの距離もこれまでで最も正確に測定され、27,000光年となりました。
GRAVITYは10年後にはアップグレードされ、当然ながらGRAVITY+になります。GRAVITY+はVLTIに設置され、超大質量ブラックホールのより鮮明な画像を取得します。射手座A*にさらに近い恒星を発見し、その自転速度を測定することが期待されています。
詳細: 新しいビデオでは、ブラックホールの象徴的なイメージを宇宙の文脈に置いています。
