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特任助教 笹田 真人
E-mail：sasadam＊hiroshima-u.ac.jp (注: ＊は半角＠に置き換えてください)
惭87ブラックホール近傍の偏光画像。白线の向きは偏光の方向と一致し、ブラックホール周辺の磁场の向きと関係している。
(Credit: Event Horizon Telescope Collaboration)
ブラックホールの画像を初めて撮影したイベント?ホライズン?テレスコープ (Event Horizon Telescope; EHT) プロジェクトが、楕円銀河 M87 の中心にある巨大ブラックホールのごく近傍で、電波の偏光を捉えることに成功しました。これは、ブラックホールの周りに整列した磁場が存在することを初めて直接的に示す成果です。この観測結果は、5500万光年離れた銀河の中心からどうしてパワフルなジェットを噴出できるのかを説明する鍵となります。
「私たちが今见ているのは、磁场がブラックホールの周りでどのように振る舞うか、そしてこの非常に小さい领域から银河をはるかに超えて広がる强力なジェットがどう喷出するかを理解するためにとても重要な証拠です。」贰贬罢偏光作业班の取りまとめ役で、オランダ?ラドバウド大学のモニカ?モシチブロツカ助教は、このように述べています。
2019年4月10日、科学者たちはブラックホールの最初の画像を公开し、ブラックホール?シャドウという暗い领域と、その周りの明るいリング构造を明らかにしました。それ以来、贰贬罢プロジェクトは、2017年の惭87観测データを深く解析し、惭87ブラックホール周辺の大部分から来る光が偏光していることを発见しました。
「光の偏光からは天体物理において基础となる磁场の情报を引き出すことができます。今回の结果はブラックホール近傍という极限状态における磁场の构造を初めて描き出しました」と、贰贬罢プロジェクトのメンバーで広岛大学宇宙科学センターの笹田真人特任助教は述べています。
偏光サングラスのレンズのようなフィルターに光を通すと、特定の方向にかたよった光 (偏光) だけが通り抜けます。また宇宙空間では、磁化された高温のガスから放射された光は偏光しています。偏光サングラスが、水面などで反射した光が偏光する性質を利用することで、反射による眩しさを抑えてよく見えるようになるのと同じように、天文学者は偏光現象を捉えることで、ブラックホール周辺で発する光の中から、そこで起きている現象を鮮明に教えてくれる情報だけを抜き出すことができます。つまり、ブラックホールのごく近くにある磁力線を描き出すことができるのです。
「新たに公開された偏光画像は、磁場によってブラックホールが物質を『食べ』、強力なジェットを噴出する方法を理解するための鍵となります」と、EHTで理論モデルとシミュレーション作業グループの取りまとめを務め、上海交通大学李政道研究所の 水野陽介T.D. Leeフェロー兼准教授は述べています。
惭87中心核から喷出して5000光年以上にわたって伸びる明るいジェットは、银河がもつ最も神秘的でエネルギーに溢れた特徴の1つです。周囲にあるほとんどの物质がブラックホールに落ちる一方で、一部の粒子はブラックホールの重力に捕まる寸前に逃れ、ジェットとして宇宙空间に吹き飞ばされます。
天文学者は、ジェットの喷出现象をよく理解するために、様々な仮説に基づいてブラックホールの近くで物质がどのように振る舞うかを调べてきました。しかし、场合によっては银河の大きさを超えるほどのジェットが太阳系と同じくらい小さい领域からどのように喷出するのか、どのように物质がブラックホールに落ちるのかという问题は、未だ正确には解明されていません。贰贬罢が新たに公开したブラックホールのごく近傍の偏光画像を用いて、落ち込む物质と喷出する物质とが交错するブラックホールのすぐ外侧の领域を初めて调べることができました。そして理论解析の结果、ブラックホールへつながる螺旋状の磁场が物质を押し返せるくらい强く、物质落下とジェット喷出を交通整理しているという仮説がもっともらしいことがわかりました。
「磁気流体力学ジェットの标準モデルを强力に支持する最内縁の磁场构造が遂に确かめられました。さらに我々は、东アジアの望远镜群を含めた多波长电波観测により、ブラックホールスピンへの制约が付けられることを期待しています。」と、贰贬罢コラボレーションメンバーで、10年以上に渡り惭87ジェットを研究してきた八戸工业高等専门学校の中村雅徳准教授は述べています。
M87銀河の心臓部を観測するために、EHTプロジェクトは世界中の8つの望遠鏡をつないで仮想的な地球サイズの望遠鏡を作りました。 EHTは、月面のゴルフボールの大きさを測定できるのと同等の解像度を持っています。これにより、ブラックホール?シャドウとその周りのリング構造を直接観測することができ、新たな偏光画像はそこに磁化されたガスがあることを明確に示しています。結果は2021年3月24日、EHTプロジェクトによる2本の論文として、専門誌「アストロフィジカル?ジャーナル?レターズ」に掲載されました。この研究には、世界中の研究機関や大学から300人を超える研究者が参加しました。
「贰贬罢は急速な进歩を遂げており、ネットワークの技术的アップグレードが行われ、新たな観测所が加わっています。将来の贰贬罢観测により、ブラックホール周辺の磁场构造がより正确に明らかになり、ブラックホール近傍の高温ガスの物理を详しく知ることができると期待しています。」と语ったのは、贰贬罢のメンバーであり、台北の中央研究院天文及天文物理学研究所のジョンホ?パク东アジア天文台フェローです。
偏光のコンポジット画像 (Credit: Event Horizon Telescope Collaboration)
参考情报
EHTプロジェクトには、アフリカ、アジア、ヨーロッパ、北アメリカ、南アメリカから300名以上の研究者が参加しています。EHTに参加する望遠鏡は、アルマ望遠鏡、APEX (以上、チリ) 、IRAM 30m望遠鏡 (スペイン) 、IRAM NOEMA観測所 (フランス) 、ジェームズクラークマクスウェル望遠鏡、サブミリ波干渉計 (以上、米国ハワイ州) 、サブミリ波望遠鏡、キットピーク12m望遠鏡 (以上、米国アリゾナ州) 、大型ミリ波望遠鏡 (メキシコ) 、グリーンランド望遠鏡 (デンマーク) 、および南極点望遠鏡です。これらの望遠鏡で同時に同じ天体を観測し、そのデータを後から結合して一つの巨大な仮想望遠鏡を構成する「超長基線電波干渉法 (Very Long Baseline Interferometry) 」という技術を用いています。これにより、EHTは20マイクロ秒角 (1マイクロ秒角は角度の1度の36億分の1) という高い解像度を実現します。
EHTコンソーシアムは、以下の13の機関が参加しています。中央研究院天文及天文物理研究所 (台湾) 、アリゾナ大学 (米国) 、シカゴ大学 (米国) 、東アジア天文台、ゲーテ (フランクフルト) 大学 (ドイツ) 、マサチューセッツ工科大学ヘイスタック観測所 (米国) 、ミリ波電波天文学研究所 (フランス、スペイン) 、アルフォンソ?セラノ大型ミリ波望遠鏡 (メキシコ) 、マックスプランク電波天文学研究所 (ドイツ) 、自然科学研究機構国立天文台 (日本) 、ペリメーター研究所 (カナダ) 、ラドバウド大学 (オランダ) 、スミソニアン天体物理学観測所 (米国)
论文情报
この成果は、2019年4月に発表された成果 () に続く、EHTプロジェクトによる研究成果です。2021年3月24日、 アストロフィジカル?ジャーナル?レターズ (The Astrophysical Journal Letters) から2編の論文として公開されました。
論文7: Polarization of the ring
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論文8: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon
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なお、本成果に関连して、贰贬罢による偏光観测の中で、アルマ望远镜単独の観测データを解析した结果も、上记2编の论文と同时に出版されています。
"Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA"
DOI:
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