研究の背景	
土居明広	  宇宙航空研究開発機構	  (=	  JAXA) 助教	  /総合研究大学院大学	

現代科学の究極の目標の1つ	  「ブラックホールの撮像」	
（理論計算によるブラックホールの見え方の予測の例）	

Fukue	  &	  Yokoyama	  (Astronomical	  Society	  of	  Japan,	  PublicaAons,	  vol.	  40,	  no.	  1,	  1988,	  p.	  15-­‐24.)		  Takahashi	  Rohta	  (PublicaAons	  of	  the	  Astronomical	  Society	  of	  Japan,	  Vol.57,	  No.
2,	  pp.	  273-­‐277,	  2005)	

Nagakura	  &	  Takahashi	  (The	  Astrophysical	  Journal,	  Volume	  711,	  Issue	  1,	  pp.	  
222-­‐227,	  2010)	

• ブラックホール ＝ きわめて高密度で、きわめて強い重力場を持つため、	  光さえも脱出できない天体。	  	  • ブラックホール直径は質量に比例する	  • 物理的に重要なさまざまな現象が起こると考えられている、ブラックホール直径の約１０倍以内の領域を調査することが極めて重要	  今回の観測により、初めて、ブラックホール直径の数倍の地点まで到達しました	

©NAOJ/AND	  You	  Inc.	

ブラックホール位置が正確に求まった	[これまで]	  	  ・ 「あなたの座席は東京都文京区後楽1-­‐3-­‐61の東京ドームです」	  	  →	  場所は間違ってはいないが、座席に辿りつくことはできない	  （座席の大きさ	  ≠	  場所指定の細かさ）	  ©	  PASCO	

[今回]	  	  ・ 位置精度	  ≒	  座席の大きさ	  	  →	  座席の位置をほぼ特定できる	
©株式会社東京ドーム	

ブラックホール直径の約２倍に相当する精度で位置を決定	  	  将来のブラックホール撮像の鍵となる情報	  ブラックホール候補天体	

http://www.johnstonsarchive.net/relativity/bhctable.html	

• 数多くのブラックホール候補天体が知られている	  • 青が超巨大質量ブラックホールの位置 （太陽質量の10万倍~100億倍）	

銀河とブラックホール	（おとめ座銀河団）	

おとめ座A	  (M	  87）	© Radio (NSF/NRAO/VLA/ESO); Optical (SDSS))	

• すべての銀河の中心には、超巨大ブラックホールが存在する	  • そのうち約半数は、物質を吸い込み、活動銀河中心核となる	  • さらにその約1/5は、大規模な電波ジェットを吹き出す	観測天体： おとめ座A	  （M87）	
可視光 SDSS	

可視光 ハッブル宇宙望遠鏡	

地球から最も近い、大変有名な活動銀河ジェット天体。	  
古くから天文学者から注目され、研究されてきた	ジェット	
おとめ座A	

銀河中心	50万光年	
1000光年	

• 距離： 約５４４０万光年	  電波 VLA 1.4 GHz	

• 「おとめ座銀河団」の中心部に位置する巨大電波銀河	  • ブラックホール質量： 太陽の60億倍 （宇宙最大クラス）	  • 直径	  240	  天文単位	  • →	  ブラックホール撮像の最有力候補の１つ	  電波 VLBI 2 GHz	

10光年	

（画像クレジット：（左上）Sloan	  Digital	  Sky	  Suvey,	  (右上)	  NASA	  and	  the	  Hubble	  Heritage	  Team,	  (右中段)	  The	  NaAonal	  Radio	  Astronomy	  Observatory)	  • 1918年に人類が初めて「宇宙ジェット」を発見した記念すべき天体	  ブラックホール周辺の想像図	
「ブラックホール」	

©NAOJ/AND	  You	  Inc.	

「ジェット」	

ブラックホールへ落ち込む物質	  が形成する 「降着円盤」	

観測技術	  VLBI	  とは	  ~	  ブラックホールの領域に撮像で迫ることができる唯一の望遠鏡	  ~	• 超長基線電波干渉計	  (Very	  Long	  Baseline	  Interferometer	  :	  VLBI)	  	  • 各地の電波望遠鏡を繋ぎ、地球サイズの実効口径を持つ巨大電波望遠鏡を実現する技術	  • あらゆる天文観測装置の中で圧倒的な解像度と位置精度を実現	
例： 米国の	  VLBI	  観測装置	  “VLBA”	  ©	  NRAO/AUI,	  hfp://www.nrao.edu		  	 口径	  D	 

波長λ	 解像度	  (λ/D)	 

VLBI	 

約	  8,000	  km	 

約 1	  cm	 

約 0.0003	  秒角	 ハッブル宇宙望遠鏡	 

約	  2.4	  m	  	 約 550	  nm	 

約 0.05	  秒角	 

表： 解像度は口径と波長で決まる。 電波のVLBIは波長が長いため不利であるが、 実効口径の大きさで圧倒的な解像度を実現する。 	

電波観測での見え方	
ブラックホール	ジェット	©NAOJ/AND	  You	  Inc.	

[電波で見た場合]	  • （近づいてくる）ジェットが圧倒的に明るい	  • ジェットの途中から明るい	  • 「見かけの根元」が最も明るい	  [電波望遠鏡で見た場合]	  位置決定精度	

• 解像度の限界によりぼやける	  • 位置の決定精度は解像度よりはるかに良い	  	  	  	  (約１０倍)	  ジェットの正体	
©	  NRAO/AUI	  and	  R.C.	  Walker!

• 高エネルギー粒子と磁場からなるプラズマの高速の流れ	  • 電子と磁場の相互作用による“シンクロトロン放射”で輝く	  Gomez et al. (2008)!

電波が吸収されるジェット上流	
ジェットの最上流（非常に暗い）	  	  ・ 強磁場高密度のため、シンクロトロン放射が吸収される	

「見かけの根元」	

ブラックホール （見えない）	

電波で見えているジェット	ブラックホールはどこにある？	  
（測定された例はなく、様々な憶測がある）	

[	  過去の研究	  ]	  ジェットの形状を画像解析 →	  位置を憶測	■	  	  憶測Ａ	  	  “見かけの根元のごく近くではないか？”	  	  	  (Junor	  et	  al.	  1999,	  Nature)	

■	  	  憶測Ｂ	  	  “ブラックホール直径の数100倍上流の地点ではないか？”	  	  ©	  NRAO/AUI	  and	  Chun	  Ly,	  UCLA;	  R	  Craig	  Walker,	  NRAO;	  William	  Junor,	  LANL	 	  (Ly	  et	  al.	  2007,	  ApJ)	

■	  その他の例 （活動銀河核	  BL	  Lac	  ）	  “1万倍~100万倍の地点ではないか？”	  	  (Marscher	  et	  al.	  2008,	  Nature)	

ブラックホールへ到達する道のりはどれほどなのか？	

研究の目的	
将来の大目標	• ブラックホールの直接撮像	  -­‐-­‐

ブラックホール直径の約１０倍以内の領域の現象が重要	  おとめ座Ａ	  (M87)	  は最有力天体の１つ	  	  問題点		  • ブラックホール位置が不明	  -­‐

ジェット噴出口付近の電波吸収に阻まれている	  	  	  本研究の目的		  ・ ブラックホールの位置を測定する	  研究チーム	
• 秦 和弘 （研究代表者）	  – 総合研究大学院大学物理科学研究科天文科学専攻・博士課程3年／国立天文台水沢VLBI観測所 	

• 土居 明広	  –宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所・助教／総合研究大学院大学 	

• 紀 基樹	  – 国立天文台水沢VLBI観測所・研究員 	

• 永井 洋	  – 国立天文台ALMA推進室・研究員 	

• 萩原 喜昭	  – 国立天文台水沢VLBI観測所・助教／総合研究大学院大学 	

• 川口 則幸	  – 国立天文台水沢VLBI観測所・教授／総合研究大学院大学