サイエンスZERO【ブラックホール撮影】EHT電波望遠鏡データ解析は日本の本間希樹教授が?見逃し動画配信や再放送は?

7月 1, 2019

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NHK・サイエンスZERO
「秘話満載!ブラックホール撮影
密着ドキュメント!」
※2019年6月30 日放送では、
「ブラックホール撮影秘話」が取り上げられました。

2019年4月、100年もの間誰も見ることが無かったブラックホールの姿の写真撮影に成功した事を日本人天文学者の国立天文台・本間希樹教授が発表しました。

世界8カ国に分散された電波望遠鏡のデータを結合し、地球規模の大きさのパラボラアンテナに見立てたイベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)の電波を解析し、画像化する事により写真が完成しました。

このデータ解析は本間希樹教授が開発した日本独自プログラムの手法も使用されました。

撮影に成功したのは、5900万光年彼方(新幹線で200兆年の彼方)にあるM87銀河の中心にあるブラックホールでした。

今回のサイエンスZEROでは、苦難の連続だったブラックホールの姿を捉えるまでの道のりの舞台裏が紹介されます。

サイエンスZERO[ブラックホール撮影秘話]

・ 見逃してしまった
・ 途中から観た
・ もう一度観たい
・ 7月6日の再放送まで待てない

という方の為に

「サイエンスZERO」の見逃し動画配信を観る方法とのあらすじ(内容)を紹介します。

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「秘話満載!ブラックホール撮影 密着ドキュメント!」のあらすじ

1816年アインシュタイン博士の”一般相対性理論”の”重力理論”の方程式を解いたシュバルツシルト氏の”シュバルツシルト解”(偶然かもしれませんが-Schwarz-シュバルツは、ドイツ語で黒いの意味も!)からブラックホールの存在が予言されましたが、100年間の間、誰も姿を見る事は有りませんでした。

その事から
ブラックホールの姿を
明らか出来ればノーベル賞

とも言われていました。

しかし、”シュバルツシルト解”の発表からおよそ100年の時を経て
2019年4月10日、おとめ座銀河団の楕円銀河M87の中心にあるブラックホールの周辺を、日本を含む国際共同研究チームが史上初めてイベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)でブラックホールの撮影に成功しました。

ブラックホールの写真
画像出典:アルマ望遠鏡
https://alma-telescope.jp/

ブラックホール自体の姿は
光を閉じ込めてしまうので見られないので
周囲にある超高温ガスが
ブラックホールの中に引き込まれる際に輝く姿を撮影する事により、円形の影として浮かび上がらせる事に成功しました。

ブラックホールシャドウが作られる仕組み
画像出典:アルマ望遠鏡
https://alma-telescope.jp/
(上)ブラックホールの周囲の光の軌跡の模式図。
光がある距離以上にブラックホールに近づくと、
光はブラックホールの重力にとらえられ、
ブラックホールを周回しながら
やがてブラックホールに吸い込まれてしまいます。
その距離よりも遠い位置を通過する光は、
進行方向が曲げられるため、
本来は地球に届かない光も地球に届くようになります。
(下)地球に向かってくる光の経路を斜めから見た図。
内側のある一定範囲では光がやってこないことがわかります。
これが、ブラックホールシャドウです。
Credit: Nicolle R. Fuller/NSF

観測されたブラックホールの影の大きさは、

● 直径約1000億㎞
● ブラックホールの表面「事象の地平面」
(イベント・ホライズン)の直径は
約400億キロメートルで
● 周囲の温度は60億度以上

との事です。

ローマ字の”C”を描く様なリング状の
明るい部分の大きさは
地球から見たときの角度は
わずか約42マイクロ秒角(=約1.2度の1億分の1)であり、
月面に置いたテニスボールを地球から見た時の大きさに相当します。

秒角は角度の単位で、
3600分の1度が1秒角で
国立天文台によると、
20マイクロ秒角
人間の視力300万に相当
月面に置いたゴルフボールが見えるほど
と説明しています。

※土星の輪が見える天体望遠鏡でも「視力1000」程度

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イベント・ホライズン・テレスコープによるブラックホールの撮影方法

今回撮影に成功したブラックホールは
地球から5500万光年の距離にあり、
その質量は太陽の65億倍にも及びます。

イベント・ホライズン・テレスコープによるブラックホールの撮影は、チリ、スペイン、ハワイ、メキシコ、アリゾナ、南極にある計8台の電波望遠鏡をつなぎ合わせて、圧倒的な感度と解像度を持つ地球サイズの仮想的な望遠鏡により撮影を行うプロジェクトです。

EHTの電波望遠鏡の配置と名称
画像出典:国立天文台
https://www.nao.ac.jp/
EHTに使用された8台の電波望遠鏡
● APEX(チリ)
● アルマ望遠鏡(チリ)
● IRAM30m望遠鏡(スペイン)
● ジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡(米国ハワイ)
● アルフォンソ・セラノ大型ミリ波望遠鏡(メキシコ)
● サブミリ波干渉計(米国ハワイ)
● サブミリ波望遠鏡(米国アリゾナ)
● 南極点望遠鏡(南極)

アルマ望遠鏡
画像出典:アルマ望遠鏡
https://alma-telescope.jp/

レンズのない電波望遠鏡は
宇宙から降り注ぐ電波を捉え微弱な電波であっても重ね合わせてはっきりと画像として捉える事が可能です。

電波望遠鏡のパラボラの口径が大きさが大きい程、遠くの物体の画像を捉えやすくなります。

しかし、電波望遠鏡のパラボラの大きさは制作するにあたっては物理的に限界があります。

そこで世界各地に存在する多くの電波望遠鏡のデータを一つに集約する事で巨大なパラボラの効果を狙ったのがイベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)です。

世界8ヶ国のアンテナを繋ぎ、地球規模の半径1万Kmの超巨大電波望遠鏡が完成しました。

その性能は地球から月においたゴルフボールが見える程だそうです。

この舵を切ったのは天文学者の本間秀樹(ほんま・まれき)国立天文台・水沢VLBI観測所教授でした。

データの解析には本間秀樹教授のプログラムも利用されています。

EHTに先駆け日本で水沢(岩手県)、小笠原(東京都)、入来(鹿児島県)、石垣島(沖縄県)の電波望遠鏡を繋いだVERAプロジェクトにより196の新しい天体を観測しています。

8カ国に散らばるEHTにより集められたブラックホールからの電波のデータは、ヘイスタック観測所にデータは集められました。

2018年6月6日に最初のデータが解析されブラックホールの周辺に光る「C」のような形の明るい光が確認されました。

これにより光がブラックホールの周りを安定してグルグル周り吸収されている事が証明され、ブラックホールには

軽いブラックホールと
重いブラックホールが存在する説では
重いブラックホール」の説が証明されました。

そして解析は続き、プロジェクト開始から10年を経た2019年4月10日にブラックホール撮影成功の会見の運びとなりました。

アルマ望遠鏡

8台のイベント・ホライズン・テレスコープ
の内の1台南米チリの「アルマ望遠鏡」は
日本チームによる望遠鏡の建設・運用やデータ伝送、画像解析など先端技術の開発で大きな役割を果たしました。

「アルマ望遠鏡」については書籍化されていますのでご参考にどうぞ。

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今後の目標

ブラックホールには
未だ解明されていない現象もあり、
今回の撮影で、ブラックホールから噴出する
ジェット(超高温ガス)が
ブラックホールの周りを渦を巻く様に流れる
様子の撮影も出来ると思われていました。

超高温ガスがブラックホールの周りを渦を巻くように流れる姿の想像図

しかし、超高温ガスがブラックホールの周りを渦を巻くように流れる姿は写っていませんでした。

今後は連携する電波望遠鏡の数を増やしたり、より高画質の撮影を実現することによって、謎の多いジェット(超高温ガス)について解明を進めていくそうですよ。

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サイエンスZERO[ブラックホール撮影]まとめ[今後の放送予定]

7月7日放送
「アポロ月面着陸から50年 知られざる分岐点」

7月14日放送
「追体験!アポロ11号の8日間」

7月28日放送
「進化する超絶技巧!スーパーロボットアーム大集結」

今回の内容は本間希樹教授がMBS「情熱大陸」出演時の内容を元に構成しました。

本日は最後までご覧頂きありがとうございました。

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