天文学者が天の川の中央ブラックホールの画像を発表-スカイ＆テレスコープ

今日、世界中で同時に行われる複数の記者会見で、 イベントホライズンテレスコーププロジェクト 私たちの銀河の中心にあるブラックホールの最初の画像を発表しました。

そのブラックホールであるいて座A*は、水星の星の周りの軌道よりも小さい領域に400万個の太陽の質量を詰め込んでいます。 いて座A*はブラックホールの中の「穏やかな巨人」であり、銀河中心に集まった星の風からそこに到達するガスの薄い細流をかすめています。 落下するガスは私たちの太陽の数百倍のエネルギーしか放出しないので、26,000光年離れたところでSgrA*は決して明るいものではありません。

しかし、それは地球に最も近い超大質量ブラックホールでもあり、 私たちの 銀河の暗い心、 それを魅力的なターゲットにします。 天文学者は何十年もの間、ブラックホールの事象の地平線に近づいてきました。 彼らは、目に見えない物体の質量を明らかにし、ガスの細流が点灯するにつれてフレアを捕らえた軌道上で星が動き回るのを見てきました。

しかし、今日、私たちがブラックホール、つまりそのシルエットを見ることができるのは初めてです。 楕円銀河M87の中心にあるブラックホールの象徴的な2019年の画像のように、Sgr A *の画像は、暗い中心を取り囲むぼやけた光の輪を示しています。 光は電波放射であり、ブラックホールの周りを渦巻くガス中の電子から来ます。 暗い中心は、光が射手座A *に近づきすぎて事象の地平線を通り過ぎ、私たちに到達することはなく、ブラックホールがある場所に「影」を残す場所です。

EHTの天体物理学者FeryalÖzel（アリゾナ大学）がDCでSgr A *の画像を発表したとき、部屋は拍手喝采を浴びました。 これは私たちの多くが待っていた瞬間でした。私たちはついにブラックホールに直接会いました。

ブラックホールの「写真」の撮り方

さまざまな国の80の機関で働く300人以上の人々が、このイメージの実現に貢献しました。 天文学者は、2017年4月に5泊にわたって、M87*画像をもたらした同じ観測実行中にSgrA*を観測しました。 彼らは、アリゾナから南極に、ハワイからスペインに広がる6つのサイトで8つの電波望遠鏡を使用して、惑星サイズの仮想望遠鏡を作成しました。 このテクニックは、 超長基線干渉法（VLBI）は、望遠鏡のペアからのデータを組み合わせて、それらの間の距離と同じ大きさのラジオディッシュがある場合に可能な解像度を実現します。

ただし、VLBIの鍵は、大きな仮想皿を1つだけ持つことではありません。 各ペアの距離、または ベースライン、異なるスケールをプローブします。長いベースラインは観察されたオブジェクトの微細構造を示し、短いベースラインは大きな特徴を示します。 見ようとしている画像の入力を開始するには、さまざまなベースラインが必要ですが、それ以上の方が間違いなく優れています。

影の画像を再構築するには、信じられないほどの量のデータを収集する必要がありました。この場合、3½ペタバイト、1億本のTikTokビデオに相当し、記者会見中にVincent Fish（MIT Haystack Observatory）を装備しました。 これらのデータを単純に電子メールで送信することはできません（そのエラーメッセージを想像してみてください）。 代わりに、オブザーバーは情報をハードドライブに保存し、データが存在するドイツとマサチューセッツのサイトに物理的に飛ばします 相関、数兆分の1秒以内に完全に同期されます。

ガスが回路M87*にかかる日数と比較して、ガスはわずか数分でSgr A *の周りを動き回ります。これは、約1,500倍の大きさです。 つまり、いて座A *は、その肖像画に辛抱強く座っているわけではありません。そのイメージは絶えず変化しており、薄くて乱れたガスの流れがゴロゴロとゴロゴロと鳴っています。 さらに、天の川のほこりっぽい面からいて座A *を見ると、すりガラス越しに見ているように画像がぼやけます。

チームは、画像を再構築するためにこれまでに作成された中で最も洗練されたコンピューターアルゴリズムのいくつかを使用しました。 それでも、射手座A*は気が遠くなるようなものでした。 M87 *の場合と同様に、メンバーは複数のチームに分かれ、それぞれが独自の方法を使用してデータから画像を再構築します。 前回は、すべてのチームがかなり迅速にイメージを持っていて、すべてのチームが非常によく同意しました。 今回、チームは困惑しました—多くの画像がリングを示しましたが、すべてではありませんでした。 何が起こっているのかがはっきりしていなかったため、人々は自分の画像を見せたくなかったと、画像処理の取り組みを共同で主導したコンピューター科学者のケイティ・ボウマン（カリフォルニア工科大学）は語った。 「それは私たちが何年もかけて理解しようとしてきたことです」と彼女は説明しました。

難問を解決するために、科学者はさまざまな画像をシミュレートし、模擬データでアルゴリズムを解き放ち、さまざまな状況にメソッドがどのように反応するかを学びました。 最後に、彼らは実際にリングを検出し、常に同じサイズであると確信していました。アインシュタインの重力理論が予測しているように、幅は約50マイクロ秒です。

再構成された画像 しないでください リングに点在する明るい結び目は同意します。 ブラックホールの高温ガスのチュチュに絡み合った磁場が通っているため、結び目は自然です。 しかし、Sgr A *画像の結び目は、使用する再構成に応じて移動し、より多くの望遠鏡で方向に沿って整列する傾向がある、とÖzelは警告しました。 「私たちは彼らを信用していません」と彼女は簡単に言った。

最終的な画像に3つのホットスポットがある理由は、最終的な画像を作成するために平均化された各画像の異なる場所にスポットがあるためです、とMichael Johnson（Center for Astrophysics、Harvard＆Smithsonian）は説明しました。 それらからガスの振る舞いについて何も推測することはできず、またそうすべきではありません。

不気味な穏やか

10年以上待っていた結果を聞いて座っていると、何かが私の注意を引きました：SgrA*が証明しました 以下 予想よりも変動します。 EHTの科学者は、結果を比較するために500万を超えるシミュレートされた画像のライブラリを準備し、ブラックホールがガスを飲み込む速度が弱いなど、考えられるシナリオと以前の観測結果を組み合わせました。

それらのどれも射手座A*の振る舞いに一致しませんでした。

EHTが観測した5日間、ガスの流れは驚くほど穏やかでした。 「私の考えでは、それは私たちが学んだ最も興味深いことの1つです」と、理論家のDimitrios Psaltis（アリゾナ大学）は記者会見の後で私に話しました。

ビーチで波を見ることを考えてください、と彼は説明します。 惑星規模の重力潮汐のおかげで、波は同じ速度で入りますが、波の大きさは、その日の風や海の状態などによって異なります。 EHTの天文学者は、いて座A *に大きな波を期待していました。おそらく、長時間露光の写真を撮ることができないほどの大きさでした。 「私たちは嵐を予測しました、そして私たちは美しい晴れた日を得ました」と彼は言います。

つまり、チームはまだ知りません。 ガス中の磁場が期待したほど絡み合っていないか、電波を放出する電子と予想よりも穏やかに混ざり合っている可能性があります。 また、これが永続的な状態なのか一時的な状態なのかはまだわかりません。 将来の観測と分析は、磁場が何をしているのかを明らかにするかもしれません。

2つ目の注目すべき結果は、いて座A*が横になっていることです。 チームはブラックホールがどれだけ速く回転するかを決定していませんが、彼らはそれを伝えることができます は 回転していて、基本的に射手座A *の頭を見下ろしています—視線とブラックホールの回転軸の間の角度は30°未満です。 チリの超大型望遠鏡でGRAVITY機器を使用した、Sgr A *周辺のホットスポットの以前の観測でも、この配置が示されました。

これはあなたが思うほど驚くべきことではありません。 本能的には、渦巻銀河の中心にあるブラックホールのスピン軸が銀河のスピン軸と一致していると予想されるかもしれません。 しかし、ブラックホールの向きは、ブラックホールがどのように成長したかによって異なります。 他のブラックホールとの合体は、スピンの傾きの混乱を引き起こす可能性があり、Sgr A *のようなあまり活発でないブラックホールの場合、ブラックホールを特定の方向に強制するための大量のガス流はありません。 遠方の渦巻銀河にわずかに蓄積するブラックホールの観測もまた、さまざまな方向性を明らかにした、とジェフ・バウアー（台北のアカデミア・シニカの天体物理学研究所）は述べた。

次の段階

これはEHTの始まりにすぎません。 チームは、2017年のデータの複雑さを解明するためにすべての時間を費やしてきたため、その後の観測キャンペーンからのデータをまだ分析していません。 彼らはまた、次世代のイベントホライズンテレスコープ（ngEHT）に向けて準備を進めており、現在から2030年の間に、地球上に散在する10皿を追加し、ベースラインの数を13から200以上に増やすことを望んでいます。

また、これらの画像の無線周波数である230GHzを超えて345GHzに拡張されており、画像の解像度が50％向上します。 そしておそらく最も刺激的に、彼らは映画を作り、ブラックホールのシルエットが時間とともにどのように変化するかを明らかにするでしょう。 M87*のデビューはSgrA*より静かに座っているので最初に来ます。 しかし、10年後には、銀河の中心にあるブラックホールの周りをガスが渦巻くビデオを見ているかもしれません。

そして、私たちがそうするとき、Sgr A *は私たちにどのような顔をしますか？

---

チームの6つの論文を読む の中に アストロフィジカルジャーナルレター。 2019年9月号のM87の結果についても詳しく読むことができます。