天の川銀河中心のブラックホールの撮影に初めて成功

2022年5月12日

発表概要

　史上初の天の川銀河中心のブラックホールの画像。これは、私たちが住む天の川銀河の中心にある巨大ブラックホール、いて座A*の姿を初めて捉えた画像です。この天体がブラックホールであるということを初めて視覚的に直接示す証拠です。地球上の8つの電波望遠鏡を繋ぎ合わせて地球サイズの仮想的な望遠鏡を作るイベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）によって撮影されました。

　望遠鏡の名前は、光すらも脱出することのできないブラックホールの境界である「イベント・ホライズン（事象の地平面）」にちなんで名付けられました。ブラックホールは光を放たない完全に漆黒の天体であり、そのものを見ることはできません。しかし周囲で光り輝くガスによって、明るいリング状の構造に縁取られた中心の暗い領域（「シャドウ」と呼ばれます）としてその存在がはっきりと映しだされます。今回新たに取得された画像は、太陽の400万倍の質量を持つブラックホールが作り出す強力な重力によって曲げられた光を捉えたものです。いて座A*のブラックホールの画像はEHTの2017年の観測データから得られたさまざまな画像の平均です。

　国際研究チーム「イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）・コラボレーション」は、地球規模の電波望遠鏡ネットワークを使って、私たちが住む天の川銀河の中心にある巨大ブラックホールの撮影に初めて成功しました。今回の結果は、この天体が間違いなくブラックホールであることを示す揺るぎない証拠であり、多くの銀河の中心に存在すると考えられている巨大ブラックホールの働きについて貴重な手がかりを与えるものです。

　今回撮影された画像によって、私たちが住む天の川銀河のまさに中心に存在する大質量天体の姿が明らかになりました。これは多くの研究者が待ち望んでいた成果です。これまで天の川銀河の中心領域において、非常に重く、コンパクトで目に見えない何らかの天体の周りを星たちが回っていることが観測されていました。この天体は「いて座A*（エースター）」として知られており、これらの間接的な証拠からブラックホールであることが強く示唆されていました。本日公開された画像により、いて座A*がブラックホールであることを示す初めての視覚的かつ直接的な証拠が得られました。

　今回の研究成果は、EHTコラボレーションを構成する80の研究機関の300名以上の研究者の知を結集することで可能になりました。複雑な手法を開発することで、いて座A*の画像化を乗り越えたことに加え、研究チームはスーパーコンピュータを駆使してデータを組み合わせて分析し、さらに前例のない規模のブラックホールの数値シミュレーションの画像を多数作成し観測データと比較をして、5年間にわたり緻密に解析を行いました。

本研究に参加した
川島朋尚（東京大学宇宙線研究所　高エネルギー天体グループ ICRR フェロー）のコメント
「EHTのいて座A*観測では、理論シミュレーション班で、非熱的電子の効果を考慮した降着流と相対論的ジェットの多波長のイメージとスペクトルを計算して議論に参加しました。今回ブラックホールシャドウと共に得られた興味深い結果の一つが、相対論的ジェットを出すような理論モデルが観測データを説明しやすいということです。しかし現在までの観測で、いて座A*における明確なジェットの画像は得られていません。将来のEHT観測でブラックホール近傍で微かにジェットが見えてくるかもしれませんし、あるいは観測と比較するための理論モデルの改善が必要なのかもしれません。今後は非熱的電子の理論シミュレーションを発展させて信頼性の高い理論モデルの構築し、宇宙物理最大の課題の一つである相対論的ジェット形成機構の謎に迫りたいと思います。」

（写真提供：国立天文台）

　今回の研究成果は米国の天体物理学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』特集号に６つの主論文およびそれを補う４つの公認論文として、2022年5月12日付で出版されました。
主論文
– First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way
– First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. II. EHT and Multi-wavelength Observations, Data Processing, and Calibration
– First Sgr A∗ Event Horizon Telescope Results. III. Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole
– First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. IV. Variability, Morphology, and Black Hole Mass
– First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. V. Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole
– First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results VI: Testing the Black Hole Metric
主論文を補う公認論文
– Selective Dynamical Imaging of Interferometric Data
– Millimeter Light Curves of Sagittarius A* Observed during the 2017 Event Horizon Telescope Campaign
– A Universal Power Law Prescription for Variability from Synthetic Images of Black Hole Accretion Flows
– Characterizing and Mitigating Intraday Variability: Reconstructing Source Structure in Accreting Black Holes with mm-VLBI

　この研究は、文部科学省/日本学術振興会科学研究費補助金（No. 18K13594, 18K03656, 18H01245, 18H03721, 18KK0090, 19K14761, 19KK0081, 21H01137, 21H04488, 25120007, 25120008）、大学共同利用機関法人自然科学研究機構「ネットワーク型研究加速事業」、文部科学省「富岳」成果創出加速プログラム「宇宙の構造形成と進化から惑星表層環境変動までの統一的描像の構築」（JPMXP1020200109）および計算基礎科学連携拠点（JICFuS）、東レ科学振興会東レ科学技術研究助成、住友財団基礎科学研究助成（170201）他、国際的な支援を受けて行われたものです。

本研究成果発表の共同発表機関
自然科学研究機構国立天文台、計算基礎科学連携拠点、工学院大学、情報・システム研究機構統計数理研究所、総合研究大学院大学、東京工業大学、東京大学宇宙線研究所、東京大学大学院理学系研究科、新潟大学

くわしくは国立天文台のプレスリリースをご覧ください。
https://www.nao.ac.jp/news/science/2022/20220512-eht.html