－6－■ 特集 1：東北支部研究会 ■天の川銀河中心ブラックホールの撮影
小山翔子（新潟大学自然科学研究科）、Event Horizon Telescope Collaboration
進する光の軌道は曲げられて束となり光のリ

1. ブラックホールとはブラックホールは強い重力馬によって光さングとして観測される（図 1）。ブラックホー

え脱出できない暗黒の天体である。アインシルシャドウを観測することがより直接的なブュタインは今から 100 年以上前の 1915 年にラックホールの証拠になると考えられた一方一般相対性理論を発表し、強重力場での時空で、見かけの大きさが小さすぎて形を見分けの歪みを記述するアインシュタイン方程式をられるような観測装置が存在しないという課導き出した。その直後にシュワルツシルトは題があった。

球対称時空の条件で方程式の解を求め、光さえ脱出できない領域の存在を予言した。その領域の半径をシュワルツシルト半径といい、ブラックホール質量に比例することが導かれた。
ブラックホールは質量によって分類できる。
軽い部類の恒星質量ブラックホールは太陽の数十倍程度の重さがあり、星の中で起きる核融合反応によって元素が燃え尽きた後に形成

図 1されると言われている。一方で重たい部類のブラッ クホ ールシ ャド ウがで きる 様子の 概念

ブラックホールはどのようにできるのかまだ図（Credit: NRAO/AUI/NSF）

強重力場によって光の軌道が曲げられ、よくわかっていない。しかし太陽の数百から数十億倍もの超大質量ブラックホールであれ2.2観測装置についてば、その質量に応じて半径が大きいため観測どのような観測装置があればブラックホーしやすい。宇宙には無数のブラックホールがルを撮影できるのか。見かけが最大のブラッ存在するが、ほぼ全ての銀河の中心には超大クホールでも、構造を見分けるためには約 1質量ブラックホールが存在すると考えられて千万分の 1 度、あるいは約 40 マイクロ秒角いるため、銀河の中心を狙えばブラックホーという微小な角度を見分けることができる高ルを撮影できる可能性がある。

い視力を持った観測装置が必要であった。人間の視力 1.0 を基準とするとその約 300 万倍、2. ブラックホールの撮影

月面上に置いたみかんを見分けられるほどの2.1

ブラックホールシャドウについて視力と言われる。望遠鏡がどれだけ小さいも光さえも脱出できないブラックホールの御のを見分けることができるかという能力を分本尊を観測することはできない。しかしブラ解能として表すが、数値として小さい方が能ックホールの背後にあるガスや塵が光ること力が高い。分解能は観測波長に比例し、望遠でブラックホールは影（シャドウ）として観鏡の口径に反比例するため、波長は短く、口測できると予想された。ブラックホールの強径は大きいほど分解能は高い。仮に地球サイ重力場によって周囲の時空は歪み、本来は直ズの望遠鏡を作ることができると、波長 1mm

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天の川銀河中心ブラックホールの撮影で観測することでブラックホールシャドウの形を見分けることができる。

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イベント・ホライズン・テレスコープ（Event Horizon Telescope：EHT）は、波長地球サイズの望遠鏡は、電波干渉計の技術1mm で観測できる電波望遠鏡を地球上にちによって実現可能である。一つの望遠鏡の口りばめ、仮想的に地球サイズの観測装置を作

径は数十 m しかなくても、離れた場所に置い成した（図 3）。北はグリーンランド、南は南た複数の電波望遠鏡を同時に同じ天体に向け極まで、現在は 11 局の望遠鏡で構成されてて受信した電磁波を干渉させることができるいる。2017 年 4 月に世界 6 ヵ所 8 局の望遠と、離れた距離を口径とする望遠鏡相当の分鏡が揃い、EHT として最初の観測が行われた。

解能を得ることができる。望遠鏡間の距離を離せば離すほど分解能は高くなり、望遠鏡の数を増やすほど画質は良くなる。しかし、出来上がった仮想的に巨大な望遠鏡の鏡面を全て望遠鏡で埋め尽くすことは不可能であるため、穴だらけの望遠鏡であると思うと、暗い構造や天体を見分けることは不得意である。
電波望遠鏡間の距離を数百から数千キロメートル離した観測装置を超長基線電波干渉計（Very Long Baseline Interferometry：VLBI）という。日本にある代表的な VLBI の一つは、国立天文台水沢 VLBI 観測所に属する VERA（VLBI Exploration of Radio Astrometry）

図3

現時点で EHT に参加している望遠鏡

2.3

観測天体についてであり、20m の望遠鏡 4 台で構成される。最長基線長は岩手・水沢局と沖縄・石垣局の間で 2300km ある。典型的な観測波長は 1cm でではどんなブラックホールなら地球から撮あるため、分解能は約 1 ミリ秒角にもなるが、影できるのだろうか。サイズが大きいほど見それでもブラックホールシャドウを撮影するやすいため、なるべく質量の大きい超大質量にはさらに数十倍の分解能が必要であった。

ブラックホールを選ぶと良い。さらに我々に最も近い超大質量ブラックホールと言えば、私たちの住む天の川銀河中心にあるブラックホールである。銀河系中心部には、いて座 A*（エースター）と呼ばれる超大質量ブラックホールの存在が示唆されていた。2020 年にノーベル物理学賞を受賞したゲンツェル博士・ゲッツ博士らがそれぞれ率いるチームは、20年以上に渡り赤外線で銀河系中心部にある星々の運動を追跡した。星の軌道焦点には太陽質量の約 400 万倍のコンパクトな天体が存

図 2

国立天文台水沢 VLBI 観測所・VERA の望遠鏡配置図在することがわかった。EHT は一番内側の星よりもさらに約千倍小さい領域を分解して、

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－8－■ 特集 1：東北支部研究会 ■ブラックホール直近の様子を撮影することを4. 今後の展望試みた。2 番目の撮影候補天体は、おとめ座

EHT は 2017 年 4 月の観測以降もネットワにある楕円銀河 M87 の中心にある超大質量ークを拡張させながら観測を続けている。

ブラックホールである。質量は太陽の約 30-

2018 年にはグリーンランド望遠鏡（図 5）が60 億倍と見積もられていた。EHT はいて座参加し、2021 年からはフランスとアメリカかA*と M87 の超大質量ブラックホールを目標

ら新たに望遠鏡が加わった。望遠鏡の数が増天体として観測を行った。

えると画像がさらに高画質になり、暗い部分も鮮明に見えるようになると期待されている。
これにより、ブラックホール周辺から高速で3. ブラックホールの画像
EHT は 2019 年 4 月に M87 の超大質量ブ噴き出されるジェットと呼ばれるガスの存在

ラックホール、2022 年 5 月にいて座 A*の画有無が調査できるようになるだろう。さらに像を公開した[1,2,3,4]。どちらの画像も単な

1mm よりも 1/1.5 短い波長での観測も試みがる丸ではなく、中心部が暗いリング状の構造始まっている。分解能が現在の約 1.5 倍になが見える（図 4）。見かけの大きさはいて座 A*り、ブラックホールの輪郭がより鮮明になるの方がわずかに大きいがほとんど同じ大きさことで一般相対性理論の更なる検証に繋がる。

である。これは、いて座 A*の質量と半径は画像を撮りためていくことで静止画から動画

M87 ブラックホールの約 1600 分の 1 であるへと移行し、ブラックホール周辺のガスの動一方、約 2100 倍も私たちに近い場所に位置きが見えてくるだろう。銀河の成り立ちと中するからである。リングの実際の大きさは、心ブラックホールの間にどのような関係があいて座 A*と M87 ブラックホールそれぞれで、 るのか、研究が進展する中でヒントが得られ太陽質量の約 400 万倍と約 65 億倍であった

るかもしれない。今後も EHT の成果をご期場合に一般相対性理論から予測されるサイズ待いただきたい。とよく一致していた。ブラックホールの存在を視覚的に証明した結果であると言えよう。

図 4

EHT が撮影した 2 つの巨大ブラックホー
図5

グリーンランド望遠鏡（GLT）（Credit： 陳明堂）

（右図）2019 年に公開された楕円銀河 M87 の中

文

献心にある巨大ブラックホール。

[1] EHT Collaboration et al.: First Sagittarius（Credit：EHT Collaboration）

A* Event Horizon Telescope Results. I.-VI.

ルの画像。（左図）2022 年に公開された天の川銀河中心（いて座 A*）の巨大ブラックホール。

Astrophysical Journal Letters, 930, L12-17(2022)
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天の川銀河中心ブラックホールの撮影－9－[2] EHT Collaboration et al.: First M87
Event Horizon Telescope Results. I.-VI.
Astrophysical Journal Letters, 875, L1L6 (2019)[3] 天文月報 2022 年 8 月号 ASTRO NEWShttps://www.asj.or.jp/jp/activities/geppou/2022/entry820.html[4] 天文月報 2019 年 7 月号 ASTRO NEWS小山

https://www.asj.or.jp/geppou/contents/20
19_07.html

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翔子