中国の科学者の指導により、アインシュタインの予言が確認されました！

人類が初めて「見た」ブラックホールが回転していることが証明されました！

中国の科学者が率い、世界中の45の科学研究機関からなる国際科学研究チームの共同の努力のおかげで、人類が初めて「見た」M87ブラックホールが回転していることが証明されました。これは、アインシュタインの一般相対性理論の関連予測と一致する現象です。

9月27日、当該研究成果が国際学術誌「ネイチャー」に掲載された。

傾斜した降着円盤モデルの概略図。研究者が地図を描く

人類が初めて「見た」ブラックホールは、地球から5500万光年離れたおとめ座の巨大楕円銀河M87の中心に位置し、その質量は太陽の約65億倍である。 2019年、科学者らは初めてM87ブラックホールの画像を公開し、それ以来M87ブラックホールの観測研究を続けている。

この最新の研究成果に関する論文の筆頭著者で責任著者であり、智江実験室の博士研究員でもある崔玉珠氏は、超長基線電波干渉法（VLBI）技術を使用してM87ブラックホールのジェット構造を分析したところ、2017年3月に東アジアVLBIネットワークで観測されたM87ブラックホールのジェットの方向が以前とは異なっていることに研究者たちが驚き、発見したと紹介した。この手がかりに注目し、過去23年間にわたる世界中の複数のVLBIネットワークの観測データを詳細に分析した結果、M87ブラックホールジェットは周期的な変動を示し、その変動周期は約11年、振幅は約10度であることがようやく発見されました。これにより、ブラックホールスピン理論に対する最も強力な観測的証拠が初めて提供されました。

活動銀河の中心にある超大質量ブラックホールは、宇宙で最も破壊的かつ神秘的な物体の一つです。これらは巨大な重力を持っており、降着円盤を通じて大量の物質を「食べる」と同時に、光速に近い高速で物質を「吐き出す」のです。その力は非常に強力で、数千光年離れた物質を「吐き出す」こともできる。宇宙のどのような力がブラックホールジェットの方向を変え、周期的に振動させるのでしょうか?

上: 2013年から2018年までの2年ごとの合体後のM87のジェット構造。43GHzで観測。下: 2000年から2022年までの1年ごとに分類された画像に基づくベストフィット。研究者が地図を描く

より深い研究では、科学研究チームは観測結果に基づいて多くの理論的研究と詳細な分析を行い、最新のデータと組み合わせたスーパーコンピューターを使用して数値シミュレーションを実行しました。その結果、降着円盤の回転軸とブラックホールの自転軸の間に角度がある場合、基準フレームの「抗力効果」により降着円盤全体が揺れ、降着円盤の影響によりジェットも揺れることが確認されました。この現象は、「ブラックホールが回転状態にある場合、基準フレームの引きずり効果が発生する」というアインシュタインの一般相対性理論の予測と一致しています。

雲南大学西南天文学研究所の准研究員である林衛カン氏は、スピンはブラックホール理論の基本的な仮定であるものの、これまで観測によって直接確認されたことはないと述べた。この研究は、M87 ブラックホールのジェットのダイナミクスと銀河中心の超大質量ブラックホールの状態をうまく結び付けました。基礎理論を裏付けるとともに、ブラックホールの謎をさらに解明するための重要な要素も提供しました。

超長基線電波干渉法（VLBI）技術は、世界中のさまざまな場所に設置された複数の電波望遠鏡を組み合わせることで、非常に大きな望遠鏡の観測効果を実現します。この最新の研究では、東アジアVLBIネットワークを含む複数の国際観測ネットワークのデータが使用されました。この研究には、中国科学院上海天文台の65メートル天馬望遠鏡や新疆天文台の26メートル南山電波望遠鏡など、世界中の合計20台以上の電波望遠鏡が貢献した。

我が国の2つの電波望遠鏡は2017年以来、東アジアVLBIネットワーク観測に継続して参加しており、それぞれ観測感度と角度分解能の向上に重要な役割を果たしています。中国科学院上海天文台の沈志強台長によると、同天文台は最近、チベットのシガツェ市に口径40メートルの電波望遠鏡の建設を開始した。完成すれば、東アジアVLBIネットワークの高解像度ミリ波画像観測能力がさらに強化されることになります。

中国科学院国立天文台の研究員であり、「中国天眼」の主任科学者、および志江実験室の計算天文学の主任科学者でもある李迪氏は、中国の科学者が主導したこの研究成果は、電波天文学と計算科学の深い融合と切り離せないものだと考えている。データが蓄積され続けるにつれ、智江研究所は人工知能やクラウドコンピューティングなどの技術を天文学の分野に導入し、複数の分野が協力して宇宙の謎を探求しています。

企画・制作

出典：新華社通信

記者：張建松、東雪

編集者：崔英浩