宇宙物理学の分野で画期的な進展があった。イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）が、地球上で最高解像度の観測に成功し、ブラックホールの撮影技術に大きな飛躍をもたらしたのだ。この成果は、今後のブラックホール研究に新たな地平を開くものとして、大きな注目を集めている。
白黒テレビからカラーテレビへの移行と同じような進歩
イベント・ホライズン・テレスコープ（Event Horizon Telescope: EHT）は、地球上に分散配置された複数の電波望遠鏡を組み合わせて仮想的な地球サイズの望遠鏡を構成する、非常に長い基線干渉計（VLBI）と呼ばれる技術を用いている。これまでにM87やいて座Aなどの超巨大ブラックホールの撮影に成功し、宇宙物理学に革命をもたらしてきた。
今回、EHTチームは345 GHzという高い周波数での観測に初めて成功した。この周波数は、これまでの230 GHzよりも高く、より高解像度の観測を可能にする。具体的には、19マイクロ秒角という驚異的な分解能を達成した。これは、月面上にある50セント硬貨よりわずかに大きい物体を地球から観測できるほどの精度である。
この新しい観測技術により、既存の230 GHzでの画像と比較して、ブラックホールの画像の鮮明さを少なくとも50%向上させることが可能になると期待されている。NASAジェット推進研究所のAlexander Raymond氏は、この進展の意義を詳しく説明している。230 GHzでの観測では、ブラックホールの重力で曲がった光が形成する明るいリングは、画像を鮮明にする限界にあったためまだぼやけて見えていた。しかし、345 GHzでの観測により、画像がより鮮明で詳細になり、これまで予測されていた特性や、予測されていなかった新しい特性が明らかになる可能性が高まったのである。
この技術的進歩は、単に画像の解像度を上げるだけでなく、ブラックホールとその周辺環境の理解を深める上で重要な意味を持つ。ハーバード・スミソニアン天体物理学センターおよびスミソニアン天体物理観測所のSheperd “Shep” Doeleman氏は、この成果を白黒写真からカラー写真への移行に例えて説明している。新しい「カラービジョン」により、Albert Einsteinの重力の効果を、ブラックホールに供給する高温ガスや磁場、そして銀河規模の距離にわたって流れる強力なジェットを打ち上げる要因から切り離して理解することが可能になるという。
しかし、この技術的進歩には課題もあった。345 GHzの電波は、大気中の水蒸気による吸収が230 GHzよりも強く、地上からの観測を困難にする。EHTチームは、装置の帯域幅を増加させ、全観測地点での好天を待つことで、この課題を克服した。
今回の観測では、EHTの一部の望遠鏡のみを使用したため、具体的な画像は得られていない。しかし、この技術的進歩により、今後EHT全体を用いた観測で、より詳細なブラックホール画像が得られることが期待される。さらに、230 GHzと345 GHzの2つの周波数での同時観測により、ブラックホール周辺の高温ガスや磁場の振る舞いをより詳細に理解できる可能性が開かれた。
EHTチームは今後、さらなる技術改良を重ね、ブラックホールの環境をより詳細に観測し、最終的にはブラックホール周辺の事象の地平線の環境の高精細な動画の作成を目指している。次世代EHT（ngEHT）プロジェクトでは、新しいアンテナの追加や既存の観測所のアップグレードにより、100 GHzから345 GHzの複数の周波数で同時に観測できるようになる予定だ。これにより、EHTが画像化に使用できる鮮明なデータの量が10倍に増加すると見込まれている。
この新たな観測技術の確立により、宇宙物理学の最前線で新たな発見が続くことが期待される。ブラックホールの性質やその周辺環境の詳細な理解は、宇宙の成り立ちや進化に関する我々の知識を大きく前進させる可能性を秘めている。EHTの成功は、地上からの観測技術の限界を押し広げ、天体物理学研究の新たな扉を開いたと言えるだろう。
論文
- The Astronomical Journal: First Very Long Baseline Interferometry Detections at 870 μm
参考文献
- Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics: Event Horizon Telescope Makes Highest-Resolution Black Hole Detections from Earth
研究の要旨
波長870μm（周波数345GHz）での最初の超長基線干渉計（VLBI）検出が報告され、地球表面から得られた最高の回折限界角度分解能を達成し、これまでのVLBI技術の最高周波数の例である。 これらには、2018年10月の観測で得られた、チリ、ハワイ、スペインの望遠鏡間の大陸間基線で観測された複数の天体の強い検出が含まれる。 最長基線での検出は11Gλに近づき、19μasの角度分解能（フリンジ間隔）に相当する。 870μmにおける可視光位相のAllan偏差は、2秒から100秒の積分時間スケールにおいて、1.3mmにおけるそれと同等である。この検出は、EHT（Event Horizon Telescope）アレイのステーションの感度と信号連鎖の安定性が、870μmにおけるVLBI観測に適していることを確認するものである。 この短波長での運用は、EHTの予想される機能拡張と相まって、ブラックホール研究のためのユニークな高角度分解能の装置となり、超大質量ブラックホールの事象の地平面を空間的にも時間的にも分解することができる。
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