Scientists explain the first ever picture of a black hole

「我々は今、見えなかったものを見たのだ。」

これらは、水曜日の朝、約200人の科学者の一人である天体物理学者エイブリー・ブロデリックが語った言葉だ。イベントホライズンテレスコープとのコラボレーションブラック ホールの人類初の画像を撮影したのは誰でしょうか。ブラック ホールは、重力が非常に強いため、どんな光が入っても逃げることは不可能な宇宙空間です。 「ブラックホールは重力の暴走です」とブロデリック氏は言う。

しかし、私たちは今、「見えないもの」の全体像を把握しています。

より正確には、ブラック ホールの縁の周囲に、過熱したガスの顕著なリングが見られます。宇宙とブラックホールの間のこの最後の境界、帰還不能点は「事象の地平線」と呼ばれます。

「これがもたらすのは事象の地平線だ」と、このプロジェクトには関与していない天体物理学者のエリン・マクドナルド氏はインタビューで語った。 「それは、何も逃れることができないほどブラックホールに近づくまで、私たちが見ることができる最後の可能性のある点です。」

したがって、ブラックホール自体は目に見えませんが、光を消費する黒い塊ですが、この巨大な球状の物体がどこから始まり、どこにあるのかを正確に知ることができます。

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この特定のブラック ホールは「超大質量」です。それは約5,400万光年離れた、私たち地球人がメシエ87またはM87と呼ぶ銀河の中心に位置しています。このブラック ホールには太陽 65 億個分の質量が含まれており、直径は 380 億キロメートルです。

そしてその写真は科学的に貴重です。

今日まで、天体物理学者はブラック ホールを「推定ブラック ホール」と呼んでいました。想定または推定されるブラックホールになること。もうない。

ジョージア州立大学でブラックホールを研究する天体物理学者のミスティ・ベンツ氏は、「『推定ブラックホール』と言う必要はないことがわかった」と語った。 「そのような言葉でそれを主張する必要はない。」

「事象の地平線の証拠が見られるという事実は、私たちがブラックホールと呼ぶものが実際に自然界に存在することを意味する」と、この共同研究には関与していないベンツ氏は付け加えた。

「それは私たちが今日まで知らなかったことです。」

事象の地平線

事象の地平線が明確に見えなければ、ブラック ホールの周囲にある目立つ円形の (多少ぼやけてはいますが) リングを描いた画像は得られません。しかし、実際のところ、事象の地平線とは何でしょうか?

すべてではありませんが、多くの銀河の中心には、大量の物質、特にガスが渦巻いています。必然的に、この高温ガスは大ブラックホールの周りを回転します。これは重力の性質であり、より大きな地球の周りを月が周回するのと似ていると、コーネル大学の天文学者でブラックホールの専門家であるドン・ライ氏は説明した。ガスはブラックホールの周りを高速で移動するにつれて凝縮し、この摩擦によって熱が発生します。同じくこのプロジェクトには関与していないライさんは、「冬の間に手を合わせているようなものだ」と語った。

最も熱く、最も絞られ、圧縮されたガスは、事象の地平線のちょうど端にあります。 「何かを圧迫すると、最終的にそれが加熱されてしまい、熱いガスが光ります」とベンツ氏は述べ、最も明るいガスは間もなくブラックホールに落ち込むだろうと指摘した。 「これは、ガスの叫び声が聞こえなくなるまでの、ガスの最後の小さな叫びです。」

熱烈な光の叫びが呑み込まれる。 「ブラックホールには近づきすぎたくないのです」とライ氏は言う。

ブラック ホールの周りに過熱ガスの回転円盤がある限り、事象の地平線がどこで終わり、ブラック ホールが始まるかを示す円形の境界が存在します。

ドーナツに囲まれた目に見えない球体

この巨大なブラック ホールを遠くから見ると、明るく平らなリングのように見えるかもしれません。しかし、実際はそうではありません。

ロスアラモス国立研究所の天体物理学者で、共同研究には何の役割も果たしていないクリス・フライヤー氏は、私たちは主に事象の地平面の「面」、つまり側面や端ではなく、コインの表面のようなものを見ていると説明した。

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しかし、別の視点から見ると、事象の地平線は、中央に大きな穴（巨大なブラック ホールがある）のある平らな円盤ではないことがわかります。 「これはドーナツのようなものですが、フリスビーではありません」とライ氏は語った。

それでも、私たちはこのブラックホールとその周囲の事象の地平線を理想的な角度から見ています。ベンツ氏によると、それは地球上でホバリングして北極を見下ろすようなものだと言う。これにより、回転するブラック ホールの周りのリングを垣間見ることができます。科学者らは、このブラック ホールは地球のような大きな球体ではないかと考えています。

言ってみれば、それは熱いガスのドーナツに囲まれた目に見えない球体です。

完璧ではありません

光るリングの写真は完璧ではありません。あいまいですが、これは予想通りです。

ブラックホールの周りを回転する超高温のガスから放出されるこの光は、地球の望遠鏡に到達するまでに宇宙をかなりの旅をしたため、リングの外側と内側の端は完璧に定義されていません。 (この共同作業では、合計 8 台の電波望遠鏡が世界中に配置され、それらを組み合わせて地球サイズの「仮想望遠鏡」が作成されました)。

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第一に、逃げる光はM87銀河の中心にある混沌とした渦巻くガスを通過し、それによって光の一部が散乱され、歪められたとフライヤーは述べた。最終的に、光は天の川銀河を通過し、銀河内の豊富な塵とガスを通過するときに再び散乱しました。最後に、約5,400万年前のこの苦悩の光が地球の厚い大気中を伝わり、再びこの宇宙エネルギーを歪めました。

つまり、事象の地平線から（電波の形で発せられた）光が最終的に私たちに届いたとき、それは歪んでいたのです。したがって、画像は、補正や高度なコンピューターモデリングを行ったとしても、完璧ではありません。でも、それはかなり良いです。

「航行しなければならない追加の経路がすべてあることを知って、それがどれほど素晴らしく見えるかに驚きました」とフライヤー氏は語った。

ブラックホールは悪ではない

ブラックホールは不吉なものとして考えられがちです。しかし、それらは宇宙の一部にすぎません。私たちの銀河の中心にも超大質量ブラックホールが存在するのはほぼ間違いありません。ただし、科学者たちはまだ全体像を把握していません。

「私たちはこうしたものを擬人化する傾向があります」とベンツ氏は言う。 「しかし、実際には、ブラックホールは邪悪でも、意地悪でも、恐ろしいものでもありません。ただ… そうです。」

そして、これらの強力な物体は科学者の期待を満たしました。アルバート・アインシュタインの相対性理論科学者が予測するように導いたこれらの物体は宇宙に存在し、死んだ崩壊した星の残骸であると考えられています。もし崩壊した塊が十分に大きく密度が高ければ、重力巨大物、つまりブラックホールが形成されるだろうと天体物理学者は理論づけた。

しかし、何十年もの間、決定的な証拠はありませんでした。 25年前、フライヤーは大学院生として、科学者たちがブラックホールの存在に関する決定的な証拠の欠如について議論する会議に出席した。そこでは、ブラックホールがそもそも存在するのかどうかを依然として疑問視している科学者もいた。

しかし、それは変わりました。特に天文学者は、ブラックホールが相互作用するときに放出されるエネルギーを検出したため、または他の物体を細断した。まず、画像があります。

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「私たちは直接的な証拠を持たない状態から、画像を持つことができるようになりました」とフライヤー氏は語った。 「私たちの理解におけるその変化は非常に大きいです。」

そして、この最新の写真はブラックホールの存在を確認しただけではありません。それは、アインシュタインの 100 年前の相対性理論と重力理論に多大な重要性を与えます。この理論はまた、地球によって生成される重力波の存在を予測しました。2つのブラックホールの衝突。科学者たちは 2017 年にこれらの目に見えない波を検出しました。

天体物理学者は、相対性理論に基づいて、ブラック ホールがこの最初の画像、つまり黒い深淵を囲む事象の地平線のように見えると予想しました。そしてそれが私たちが見ているものです。

「それは私に悪寒をもたらすものです」とマクドナルドは言った。