「超巨大ブラックホールに隠された真実」M87の磁場が4年ぶりに反転…“気高い”天体が見せた予測不能の激変

EHT研究チーム、2021年のブラックホール撮影映像を公開…ジェット基部からの噴出も確認
韓国天文研究院・蔚山科学技術院(UNIST)など、韓国の研究陣が中核を担い、来年には動画が制作される

人類初のブラックホール観測に成功したイベントホライズンテレスコープ（EHT）の国際共同研究チームは、M87銀河中心の超大質量ブラックホール周辺における磁場パターンが、4年ぶりに反転したことを確認した。

2017年の初撮影以降、2021年の映像では磁場の回転方向が逆転しているなど、予測以上にダイナミックかつ複雑であることが明らかとなった。

宇宙航空庁および韓国天文学研究院、蔚山科学技術院は、大規模国際共同プロジェクトであるEHT研究を通じ、M87銀河中心の超大質量ブラックホールの影と光の輪構造を時間の経過に沿って解析することに成功したと16日に発表した。

今回、研究チームが公開したM87銀河中心のブラックホール映像は2021年の観測データによるものである。2017年に初めて発見された後、2018年の追加入手映像に続く第三の映像となる。前回の映像と比較すると、中心部のシャドウと輪の形状や大きさは変化していないが、2017年の映像と比較して光の偏光回転方向が正反対に変わっていることが確認された。光は普段あらゆる方向に振動しながら進むが、振動の向きが特定の方向にそろうと偏光しているという。ブラックホール周辺のプラズマでは、粒子が強い磁場に沿って運動するため、偏光した光の観測により磁場構造を把握することが可能となる。

研究チームの解析結果によれば、2017年には磁場が一方向に螺旋状を描いていたが、2018年には安定し、2021年には磁場の方向が反転したことが示された。これについて研究チームは、M87ブラックホール付近の磁場が構造的に変化したか、またはプラズマとの混合により、光の偏光面が磁場の影響で変化する「ファラデースクリーン」が働いた可能性があると指摘した。

これは、ブラックホールの境界である事象の地平線付近において、磁場と物質が予測以上にダイナミックかつ複雑な挙動を示している証拠であると研究チームは説明している。今回の研究目標の設定とデータ解析などに全面的に貢献したキム・ジェヨン氏（UNIST物理学科教授）は「事象の地平線周辺では高温・高圧のプラズマが瞬時にブラックホールへ落下したり噴出したりする」と述べ、「この流れが周囲をかき乱し、偏光変化を引き起こしたと考えられる」と分析した。

研究チームは今回の観測で初めて、ブラックホールの輪に連結するジェット基部からの放出信号も捉えることに成功した。ジェットとは、ブラックホールから光速に近い速度で噴出する高エネルギー粒子の流れである。地球規模の電波望遠鏡ネットワークであるEHTは、電波望遠鏡の追加や既存望遠鏡の高度化によって徐々に感度と映像の鮮明度を向上させており、今回の発見もその成果であると研究チームは説明した。ジェットは銀河進化において核心的な役割を果たし、星形成を調整するとともに広大なスケールでエネルギーを分散するため、宇宙現象の理解に欠かせないと付け加えた。

EHTは2017年から2018年、2021年、2022年、2024年、2025年にわたりM87を継続的に観測している。来年からは、世界初となる3か月間の集中観測によってブラックホールを動画化するプロジェクトが実施される予定である。従来は年に1枚の撮影データであったが、今後は2週間ごとに1枚相当の観測データを確保するプロジェクトである。天文研究院が運営する韓国宇宙電波観測網（KVN）も直接参加する。KVNは昨年からEHTプロジェクトに参加している。

天文研究院のソン・ボンウォン責任研究員は「今回の結果をはじめとして、主要な研究を韓国の若手研究者が牽引しており、次世代の核心技術開発も韓国が主導していることから、事象の地平線望遠鏡を用いたブラックホール研究において、韓国は今や中核国家であると自負している」と述べた。

今回の研究成果は国際学術誌『天文学と天体物理学』9月号に掲載された。