1年ぶりに撮影された「M87のブラックホール」の変化した部分・しない部分から分かること
楕円銀河「M87」の中心部にある超大質量ブラックホール（※1）は、天文学史上初めて構造が可視化されたブラックホールです。中央が暗くて周辺が明るい環状構造の画像はよく知られていますが、理論的には時間を空けて撮影すると画像が変化することが予想されていました。 今日の宇宙画像 M87のブラックホールを可視化した「イベントホライズンテレスコープ」は、初撮影から1年後となる2018年の撮影キャンペーンで取得された観測データを解析し、画像として出力しました。その結果、環状構造という大枠は変化しない一方で、最も明るい部分が約30度移動していることが明らかにされました。これはブラックホール周辺部の環境を反映したものであり、理論的予測と一致するものです。 ※1…M87の超大質量ブラックホールは通称「M87* (エム87スター)」と呼ばれていますが、現時点で国際天文学連合の承認を受けておらず、正式な名称ではありません。
■「ブラックホール」の可視化は100年以上の課題
1915年にアルベルト・アインシュタインによって一般相対性理論が発表された直後の1916年、時空が歪みすぎて光ですら脱出ができなくなる領域が生じるという見解がカール・シュヴァルツシルトによって示されました。これが今日の「ブラックホール」に当たる天体です。 当初は純粋に数学的な存在でしかなかったブラックホールですが、天文学の発達によってブラックホールでないと説明がつかない現象が次々と見つかり、その実在性は疑いようがないほどとなりました。 ただし、ブラックホールそのものを撮影したと言える状況は、ブラックホールの性質により長い間実現できていませんでした。ブラックホールそのものは全く放射をしない一方で、周辺部は物質が集合し大量のエネルギーを放出しているため、物質とエネルギーがブラックホールを覆い隠してしまいます。また、ブラックホールそのものの大きさが小さいことも、撮影を難しくしています。 このような困難があるため、初めてブラックホールの撮影に成功したのはごく最近のことです。世界の様々な電波望遠鏡が連携して撮影を行う「イベントホライズンテレスコープ」は、地球から「おとめ座」の方向に約5500万光年離れた位置にある楕円銀河「M87」の中心部を観測し、そのデータから超大質量ブラックホールの周辺部を画像化することに天文学史上初めて成功しました。観測データは2017年4月に取得され、画像は2019年4月に公開されました。 撮影された画像は、中央が暗く、その周辺部が明るい環状構造となっています。これはブラックホールの時空構造を反映しており、理論的な予測とよく一致します（詳細は記事末尾の補足節にて解説）。ただし、ブラックホールの可視化とそれに伴う科学的研究は1回撮影して終わりというものではなく、継続した観測によって何が変化し、何が変化しないかを確かめることが求められます。これは同時に、独立した観測で同じような状況が再現されるという、科学の原則を確かめることにも繋がります。
