私たちの住む天の川銀河の中心にあるとされてきた巨大ブラックホールの撮影に成功し、存在を実証した、と国立天文台などの国際研究グループが発表した。ブラックホールは強い重力で光をも飲み込むが、世界各地の電波望遠鏡を連携させ高性能を得る技術を活用。2019年に発表した別の銀河のものに続き、2例目の撮影となった。輝くガスのリングに縁取られた漆黒の穴が姿を見せた。
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撮影に成功したブラックホール「いて座Aスター」（イベント・ホライズン・テレスコープ・コラボレーション提供）
直径約10万光年に及ぶ天の川銀河の中心は、地球から見るといて座の方角にあり、強い電波やエックス線を放つ「いて座Aスター」が観測されていた。これが大質量の小さな天体であり、ブラックホールとみられることを示した2人の研究者が2020年にノーベル物理学賞を受賞した。ただ、撮影できておらずブラックホールであるとの確証はなかった。
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天の川銀河の模式図。渦巻き構造を持ち、横から見ると、どら焼きのような形をしている。中心には巨大ブラックホールがあると考えられてきた（加藤恒彦氏、国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト、国立天文台、アルマ計画提供）
そこで研究グループは、日本が主導する南米チリのアルマ望遠鏡など、世界6カ所にある計8つの電波望遠鏡を連携させ、仮想的に直径1万キロに匹敵する高性能の望遠鏡「イベント・ホライズン・テレスコープ（事象の地平面の望遠鏡）」を構築。2017年4月、いて座Aスターを観測した。5年間の解析作業を経て、輝くガスのリング状の構造と、その中の光を放たず暗い領域の画像が得られた。この暗い領域がブラックホールの本体で、いて座Aスターの正体を視覚的に実証した。
質量は、周囲の星の運動から求められていた値と同じ、太陽の約400万倍と判明。直径は6000万キロほどで、アインシュタインの一般相対性理論から予測された値と一致した。
研究グループは同じ2017年に、地球から5500万光年離れたおとめ座のM87銀河の中心にある巨大ブラックホールも撮影しており、先に解析して2019年に発表した。M87のものは太陽の約65億倍と巨大ブラックホールとして最大級である一方、いて座Aスターは最小級。2回の成果で、最大級と最小級の巨大ブラックホールの存在を示した形だ。いずれもブラックホールに飲み込まれるガスがリング状に輝いており、相対性理論の予言通りとなった。大きさはM87のものが1600倍大きいが、地球からの距離が2100倍遠いため、見かけ上の大きさは同程度という。
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画像のいて座Aスター（左）は、M87銀河の巨大ブラックホール（右）に比べ少しゆがんでおり、ガスの明るさの分布が異なっている。実際にこうした違いがあるかの判断には、さらに研究が必要だという（イベント・ホライズン・テレスコープ・コラボレーション提供）
M87のブラックホールは姿がゆっくり変化するのに対し、はるかに小さいいて座Aスターはわずか数分で劇的に変動するため、画像化が難航した。20万通り以上の画像化手法から、最適な組み合わせを選んだ。多数の画像を特徴により4つのグループに分類し、これらを平均化して最終的に1枚の画像にまとめた。
研究グループのドイツ・ゲーテ大学の森山小太郎博士研究員（理論天文学）は12日の会見で「技術の発展とデータの綿密な解析により、5年がかりでようやく自信を持って画像を紹介できた。感無量だ」と述べた。
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画像化の過程で、撮影された多数の画像を特徴ごとに4グループに分類した。リングの明るさの分布が異なるもの（左から3つ）が大半だが、リング状ではないもの（右端）もあった（イベント・ホライズン・テレスコープ・コラボレーション提供）
今後は望遠鏡の増加や解析手法の改善などにより、ブラックホールが変動する様子を動画で捉えることや、いて座Aスターにガスが高速で噴き出すジェットがあるかどうかの検証、観測を通じた一般相対性理論の検証などが研究課題となるという。
国立天文台の本間希樹（まれき）教授（銀河天文学）は「（いて座Aスターは）地球から一番近い巨大ブラックホールなので、非常に精密にさまざまなことを調べられる。天の川銀河が今の姿になるため、何らかの役割を担っただろう。人類の誕生にも間接的に絡んでいるのでは。今後、分かってくる期待がある」と話した。
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画像化の過程で、撮影された多数の画像を特徴ごとに4グループに分類した。リングの明るさの分布が異なるもの（左から3つ）が大半だが、リング状ではないもの（右端）もあった（イベント・ホライズン・テレスコープ・コラボレーション提供）
日本の研究者はアルマ望遠鏡などの観測運用、画像化手法の開発や解析、ブラックホールの前にあるガスの影響を取り除くための作業、理論と観測データの比較などを通じ、大きく貢献したという。
研究グループは日本や台湾、米国、ドイツ、フランスなど21カ国の80機関で構成。成果は米天体物理学誌「アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ」に12日掲載された。国内では国立天文台、計算基礎科学連携拠点、工学院大学、統計数理研究所、総合研究大学院大学、東京工業大学、東京大学、新潟大学が共同発表した。
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ブラックホールの想像図（NASA提供）
ブラックホール 極めて強い重力を持つ超高密度の天体。一般相対性理論で、周囲の時空がゆがみ、光さえ脱出できないと予想された。周囲のガスが飲み込まれるときの超高温や、ブラックホール同士の衝突で発生した重力波の観測などから、間接的に存在が示されていた。イベント・ホライズン・テレスコープのグループが撮影に初めて成功したと2019年に発表し、実証された。恒星が一生の終わりに大爆発を起こし収縮してできる。また、多くの銀河の中心には巨大ブラックホールがあるが、その形成の仕組みはよく分かっていない。
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