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ブラックホールのイメージは、ほとんどがイラストです。 私たちの望遠鏡が実際に捉えたものを紹介します。

更新:2019年4月、科学者たちは史上初のブラックホールの画像を発表しました。 ここで見ることができ、この歴史的な画像がどのように作られたのかについて詳しく知ることができます。

ありえないほど密度が高く、深く、強力なブラックホールは、物理学の限界を明らかにするものです。

科学における他の概念と同様に、ブラックホールは想像力をかき立てるものですが、実は天文学者が実際にブラックホールを見たことはないのです。 何十億年も前に互いに衝突したブラックホールから発せられる重力波(文字通り時空の波紋)を科学者が記録しているので、いわば「聞いた」ことになります。

しかし、あなたが見たことのある、時空を歪める暗い塊の写真は…まあ、それは単なるイラストに過ぎません。

NASA/Goddard

これはすぐに変わるかもしれません。 4月10日、イベント・ホライズン・テレスコープと呼ばれる共同研究が、銀河の中心にある超巨大ブラックホールの画像を撮影する努力の結果を発表することになっています。 全米科学財団は、この成果を “画期的” と評している。 そして、もし画像が作成されれば、それは驚くべき快挙となる。

なぜ天文学者は望遠鏡でブラックホールを見たことがないのか

ブラックホールは、巨大な星が自ら崩壊し、光さえもその支配から逃れることができないほど強い重力領域を作り出したときに生まれます。

ブラックホールを見ようとするときの最大の問題は、超巨大なもの(質量が太陽の何百万倍もある)でさえ、比較的小さいということです。 「そして、その写真を撮ることは、月の表面のDVDを撮ることと同じです」

さらに、その強い重力のために、ブラックホールは他の明るい物質に囲まれる傾向があり、天体そのものを見ることは困難です

そのため、ブラックホールを探すとき、天文学者は通常直接観測しようとはしません。

「私たちは通常、空の非常に暗い『スポット』の周りを回っているように見える星やガスの軌道を測定し、その暗いスポットにどれだけの質量があるかを測定します」と、Psaltis氏は言います。 「

ブラックホールの間接的な画像はありますが、

チャンドラX線天文台によるブラックホールの最高の間接画像のいくつかがあります。 NASAの天体物理学者でチャンドラの通信専門家であるピーター・エドモンズ氏は、「ブラックホールから形成される物質の摩擦と速い速度は、当然X線を発生させます」と述べています。 例えば、チャンドラ観測所は、約2600万光年離れた2つの銀河の合体から発せられるX線「バーップ」を記録しました。 天体物理学者は、これらのバーブは巨大なブラックホールから来たものであると疑っています。 NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Optical: NASA/STScI

これはペルセウス座銀河団の中心領域から発せられるX線と音波で、ブラックホールのより間接的な証拠です:

そしてこのGIFではチャンドラ望遠鏡が天の川銀河の中心にある疑いのあるブラックホールからの大きなX線フレアを目撃しました。

NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

そして、そのX線フレアの拡大画像がこちらです。

天の川銀河の中心からのX線フレアの拡大画像です。

銀河の中心にある巨大なブラックホールの周りには、2万個もの小さなブラックホールが存在する可能性もあります。

Nature

ブラックホールは、(近隣の星からなど)物質を消費したときだけX線放射を放出します。 しかし、このような食い意地の張ったブラックホールは、実はかなり稀です。 多くの場合、ブラックホールは検出されないままです。

ブラックホールが宇宙に大量の物質を噴き出すのを見ることができる

この合成画像(ハッブルと電波望遠鏡のデータを組み合わせたもの)は、ヘラクレスA銀河の中心からエネルギーと物質のジェットが投げ出されているのを示しています。

NASA/Hubble

この次の画像は、1300万光年離れたケンタウルス座Aの銀河の中心にあるブラックホールから推進されていると思われる巨大なジェットを示しています。

ESO/WFI (可視); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al.(microwave); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al.(X-ray)

Astronomers have observed stars orbiting apparent black holes

我々はブラックホールを見ることができない。 しかし、ブラックホールの極端な重力が周囲の物体に及ぼす影響を観察することはできます。 8584>

天の川銀河の中心にある超巨大ブラックホール、「いて座A*」(声に出して「いて座A星」)の近くに住む星についての20年にわたるデータを見ています。 そして、そう、星々–なかには太陽の何倍もの質量を持つものも–がその周りを回っているのです。

ここで、同じ現象をもうひとつ見ておきましょう。 このビデオには、ヨーロッパ南天天文台(ESO)の16年にわたる観測が含まれています。 これはアニメーションではなく、3200万倍に拡大された星の実像です。

ESO/MPE

動画で黄色の線で示したS2星は、太陽の約15倍の質量があります。 大きいですね。 しかし、太陽の約400万倍の質量をもつとされるブラックホールと比べれば、たいしたことはありません。 その重力によって、S2の軌道は時速1100万マイルに達し、これは地球が太陽の周りを回る速度の約200倍にあたる。 S2は約16年かけて1周する。 最近、天文学者はS2が射手座A*のそばを時速1550万マイル以上の速度で通過するのを目撃しました。 これは毎秒4,300マイル以上、つまり光速の約3%に相当する速度です。 (この観測によって、アインシュタインの重力理論が正しいことが改めて証明されました)

私たちはこのブラックホールを直接観測していませんが、科学者たちはそこにあると疑っています。 「これらの軌道とケプラーの法則の単純な適用は、太陽の400万倍の質量を持つ超巨大ブラックホールの、これまでで最高の証拠を提供します」と、このアニメーションを制作したUCLAの銀河系センターグループは説明しています。 S2星がブラックホールに接近する頃、ESOの天文学者は降着円盤と呼ばれる部分から、短時間で強力なガスのフレアが発生するのを目撃しました。

さらに計算すると、これらのフレアは光速の約30パーセントで動いており、45分に1回ブラックホールの周りを回っていました(1回の軌道は約1億5000万マイルに及びます)。 このような激しい動きは、超巨大ブラックホール以外には説明できません。 この観測は、「400万太陽質量のブラックホールの近くを回るホットスポットの理論的予測と完全に一致する」と、ESOは報告しています。

さらに天文学者は、このフレアはブラックホールの端、つまり事象の地平線の非常に近くに位置していたと考えています。 Calçada

私たちはまだ、ブラックホールを見ることができません。

2つのブラックホールが衝突すると、巨大な引力の波が放たれる。

音波が空気を乱して音を出すように、重力波は時空を乱して、まるでファニーハウスミラーの中に存在するように物質を押したり引いたりします。 もし大きな重力波があなたの中を通過したら、あなたの片方の腕がもう片方より長くなるのが見えるでしょう。

2つのブラックホールが衝突すると、巨大な重力の波が発生する。 しかし、14億年後に地球に到達するころには、その波は非常に微弱になっています(池に落とした石の波紋が、石から離れるほどまろやかになるのと同じです)。

しかし、過去数年間、科学者たちは、時空の小さな波紋を検出できる巨大でグローバルな実験であるLIGOとVIRGOで、これらの波紋に耳を傾けることができるようになりました。 (そう、これは正確に聞こえるものではなく、データを音声で表現したものなのです。

もうすぐ実際のブラックホールを見ることができる

我々の銀河系の中心にある射手座A*のブラックホールは、非常に小さく、多くの覆い隠す物質に囲まれているので、それを見るには巨大な望遠鏡が必要になります。 ネイチャー誌によると、ハッブル望遠鏡の1000倍の性能の望遠鏡でないと見えないそうです。

この問題を解決しようとするのが、「イベント・ホライズン・テレスコープ」と呼ばれる国際的な取り組みです。 従来の光学望遠鏡は、より小さく、より遠い宇宙の天体を見るために、どんどん大きな鏡を使っていました。 Event Horizon Telescopeは、同じようなことをしています:地球全体の大きさの仮想望遠鏡を作っています。

2017年4月、Event Horizonチームは、世界中の複数の場所(ハワイや南極など遠く離れた場所)の電波望遠鏡を接続し、数日間射手座A*の方を見るようにすべての場所に指示しました。 このネットワークは、世界中の 14 の研究機関による国際協力の結果です。

これら 8 つの望遠鏡を合わせると、MIT が説明するように、「8000マイル離れたところから野球のステッチを数える」力があります。 このアレイは膨大な量のデータを生成するため、インターネットで転送するよりも、各望遠鏡から中央の場所にデータを飛ばす方が効率的でした。

何年にもわたって、科学者はすべてのデータをつなぎ合わせてきました。 最終的な画像は、事象の地平線を示すもので、その先は光が届かないというものです。 その事象の地平面は、おそらく降着円盤に取り囲まれているでしょう。

塩川穂高 / Event Horizon Telescope

Watch: なぜブラックホールの写真はすべてイラストなのか

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