天の川の中心にあるブラックホールの最初の写真が明らかになりました

天の川の中心にある謎がついに解き明かされました。 今朝、世界中の同時記者会見で、事象の地平線望遠鏡（EHT）の天文学者は、天の川の中心にある超大質量ブラックホールであるいて座A*の最初の画像を明らかにしました。 これは、このコラボレーションによってもたらされたブラックホールの最初の写真ではありません。これは、2019年4月10日に公開されたM87 *の象徴的な画像でした。しかし、それは彼らが最も望んでいたものです。 いて座A*は私たち自身の超大質量ブラックホールであり、私たちの銀河がその周りを回っている場所です。

科学者たちは、私たちの銀河の混沌とし​​た中央領域の奥深くに隠された超大質量ブラックホールが、そこで起こる奇妙なこと、たとえば巨星の唯一の可能な説明であると長い間考えてきました。 目に見えない周りのスリングショット なにか 光速のかなりの部分で宇宙に。 それでも、彼らはそれをはっきりと言うことを躊躇してきました。 たとえば、天文学者のラインハルトゲンツェルとアンドレアゲズが、いて座A *の研究で、2020年のノーベル物理学賞の一部を共有したとき、 指定された引用 彼らは「ブラックホール」の啓示ではなく、「私たちの銀河の中心にある超大質量コンパクト天体の発見」に対して授与されたと。 そのような注意の時間は切れました。

ブラックホールは、光を含め、落下するすべてのものをトラップするため、非常に現実的な意味で、見えません。 しかし、それらはそれらの周りの時空を非常にひどく歪ませるので、それらが重力グリップで細断された落下物質の輝く流れによって照らされるとき、それらは「影」を投げかけます。 影はブラックホールの事象の地平線の約2.5倍の大きさです。その境界とその定義的な特徴、通過するものが何も戻ることができない時空の線です。

EHTは、超長基線干渉法（VLBI）と呼ばれる手法を使用してこの影の画像をキャプチャします。この手法では、複数の大陸の電波観測所を組み合わせて、すべての天文学で最高の解像度を持つ仮想地球サイズの望遠鏡を形成します。 2017年4月、EHTのコラボレーションは、射手座A*やその他の超大質量ブラックホールでその仮想機器を指し示すために数夜を費やしました。 その努力から最初の完成品であるM87*をすでに見てきました。 チームはまた、同じキャンペーンで射手座A *画像の生データをキャプチャしましたが、それらの観測値を実際の画像に変換するのにはるかに時間がかかりました。

いて座A*は絶えず変化しているからです。 銀河メシエ87の中心にあるブラックホールであるM87*、またはM87は非常に巨大であるため、その周りを渦巻く物質は、完全な軌道を完了するのに何時間もかかります。 実際には、それはあなたがそれを長い間見つめることができることを意味し、それはほとんど変わらないでしょう。 いて座A*は、質量が1,000倍以上小さいため、物質がブラックホールの周りをよりタイトで高速な軌道を移動するときに、約1,000倍速く変化します。 スピード違反の弾丸のタイムラプス写真を撮ることを想像してみてください。そうするのは簡単ではありません。 そのため、2017年の観測で収集されたデータからいて座A *の鮮明な画像を抽出することは、数年の作業でした。

いて座A*の水銀の性質が見づらい場合は、ブラックホールとアインシュタインの一般相対性理論である彼の神聖な重力理論の将来の研究のための刺激的な実験室にもなります。 天文学者は、あらゆる種類の望遠鏡を使った数十年にわたる研究を通じて、いて座A *の基本的な測定値（質量、直径、地球からの距離）を非常に正確に知っていました。 ついに、彼らはそれが進化するのを見る能力を手に入れました—それが燃え上がる、点滅する物質の流れを食べているのを見る—リアルタイムで。

多層ベールを持ち上げる

科学者たちは、活動銀河核が発見されて間もなく、1960年代初頭に天の川の中心にブラックホールが潜んでいるのではないかと疑い始めました。 ここ地球での私たちの視点から見ると、活動銀河核は過去のものであり、私たちはそれらを遠方の宇宙でしか見ることができません。 彼らはどこに行ったのですか？ 1969年、英国の天体物理学者ドナルド・リンデン・ベルは、彼らはどこにも行かなかったと主張しました。 代わりに、彼らは重い食事の後にちょうど眠りについたと彼は言いました—休眠中の超大質量ブラックホールは、私たち自身を含む渦巻銀河の中心で私たちの周りで眠っています。

1974年、アメリカの天文学者であるブルースバリックとロバートブラウンは、ウェストバージニア州グリーンバンクの天の川の中心にある電波望遠鏡を指さし、銀河中心のブラックホールであると疑われる薄暗い斑点を発見しました。 彼らは射手座Aとして知られている空のスライスに斑点を見つけました。新しい光源からの放射線は、水素の雲を取り巻く光を放っていました。 ブラウンは、励起された原子がアスタリスクでマークされている原子物理学の命名法から借用し、新しく見つかった斑点射手座A*と名付けました。

次の20年間、電波天文学者は射手座A *の視界を徐々に改善し続けましたが、適切な望遠鏡、比較的原始的な技術（オープンリール式磁気テープを考えてください）、および 銀河中心を調べることの固有の難しさ。

いて座A*は多層ベールで隠されています。 最初の層は銀河面で、可視光を遮る26,000光年相当のガスと塵です。 電波は銀河面を妨げられることなく航行しますが、それらはベールの2番目の層である散乱スクリーンによって隠されています。散乱スクリーンは、星間物質の密度の変化が電波をわずかにコースから外してノックする空間の乱れたパッチです。 いて座A*を隠す最後の層は、ブラックホール自体を取り巻く消滅した物質です。 その障壁をのぞき込むことは、タマネギの皮をはがすようなものです。 外層はより長い波長の光を放射するので、VLBIをより短い波長の光で機能させると、ブラックホールの事象の地平線に近づく近景が可能になります。 しかし、それは大きな技術的課題でした。

VLBI以外の技術を使用している天文学者は、最初はより多くの成功を収め、射手座A*の「斑点」が実際には超大質量ブラックホールであるという間接的な証拠を着実に収集しました。 1980年代に、物理学者のチャールズタウンズと彼の同僚は、銀河中心のガス雲が、目に見えない大きな重力の影響下にある場合にのみ意味のある方法で動いていることを示しました。 そして1990年代に、ゲズとゲンゼルは独立して銀河中心の巨大な青い星の軌道を追跡し始め、重いが隠されたピボットポイントの周りの動きをマッピングしました。

その間、電波天文学者の状況は改善しました。 1990年代後半から2000年代初頭にかけて、新世代の高周波電波望遠鏡がオンラインになり始めました。望遠鏡は、特注の機器を多数搭載すれば、いて座A*の端から輝くと考えられるマイクロ波周波数で動作する可能性があります。風邪。 同時に、すべてのポケットにソリッドステートハードドライブとスマートフォンをもたらしたコンピューティング革命により、電波望遠鏡のネットワーク内の各天文台が記録および処理できるデータの量が大幅に増加しました。

2007年、EHTの小さな先駆者はこれらの傾向を利用し、ハワイ、カリフォルニア、ニューメキシコの3つの望遠鏡を使用して、いて座A*を取り巻くベールを突き刺しました。 彼らはイメージを作るにはほど遠いですが、彼らは見ました なにか。

科学者たちは、特定の状況では、ブラックホールが目に見える影を落とす必要があることをしばらくの間知っていました。 1973年、物理学者のジェームズバーディーンは、明るい背景の前にあるブラックホールがそのシルエットを示すと予測しましたが、彼は次のように決定しました。この効果を観察する見込みはないようです。」 そして2000年に、天体物理学者のハイノファルケ、フルヴィオメリア、エリックアゴルは、マイクロ波を収集する地球サイズの電波望遠鏡が、周囲の粉々になった物質の輪の輝きに対していて座A*の影を見ることができるはずであることを示しました。

半年後、天文学のこのあいまいなコーナーで働いている数十人の天文学者と天体物理学者は、その影を観察するために仮想惑星規模の電波望遠鏡を構築するという正式な目標に同意しました。 プロジェクトの最初の公式キックオフミーティングは2012年1月に開催され、EHTが誕生しました。

5年後、世界中の8つの観測所に参加している200人以上の科学者のコラボレーションに成長した後、チームは射手座A*の影を見て最初の現実的なショットを撮りました。 2017年4月の10日間で、 北米、南米、ハワイ、ヨーロッパ、南極の望遠鏡は、銀河中心やその他のブラックホールに集合的にズームインし、1,024個の8テラバイトのハードドライブに65時間のデータを収集し、相関関係のためにマサチューセッツ州とドイツのスーパーコンピューター銀行に出荷しました。 。 5年後 それ、 EHTの研究者たちは、彼らの実験がうまくいったことを世界に示しました。