ブラックホールの最初の画像

画像の説明: 2017年4月、ブラックホールの最初の画像の情報がさまざまな望遠鏡のハードドライブから収集され、旅客機でマサチューセッツ州のヘイスタック天文台に輸送されました。スーパーコンピューターのクラスターによって処理、比較、分析され、2019 年 4 月に物理学者は、黒い背景に目立つ、ぼやけて非対称のオレンジがかった黄色の光の単純な後光を私たちに明らかにすることができました。 地球から約 5,000 万光年離れたこの宇宙の怪物は、国際共同研究 (イベント ホライズン テレスコープ) によって M87 銀河の中心で撮影されました。画像出典: EHT コラボレーション。

物理学における「見る」とは、現実を単純化することを意味します

人間は常に必要としていた物理現象を測定するための光しかし、私たちのビジョンは効率的ではありません。私たちが目で見るのは、脳によって画像が構築される間に、紫の 380 ナノメートルと赤の 780 ナノメートルの間の電磁スペクトルで見られる狭い範囲の振動です。

光の波長は色の概念と密接に関係していますが、紫を超え、赤よりも下にある、私たちが決して見ることのない色があります。したがって、それらは私たちの脳によって解釈されることはありません。

ブラック ホールのパラドックスは、ブラック ホールには光、物質、エネルギーが閉じ込められているため、定義上色がないということです。 EHT (イベント ホライゾン テレスコープ) プロジェクトの物理学者は、目に見えない超大質量ブラック ホールからの情報を、どのようにして人間の目に見える光に変換することができたのでしょうか?

ブラックホールにはあらゆる情報が保存されています。それは表面が固体でも液体でも気体でもない、単なる非物質的な境界である不思議な物体である。事象の地平線したがって、私たちは目に見えないものを「見る」別の方法を発明する必要があります。

ブラックホールが目に見えないとしても、その環境はそうではなく、そのおかげで私たちは事象の地平線を決定し、それによって事象を見ることができるのです。ブラックホールの影。

ブラックホール理論によると、事象の地平線近くの物質は降着によって強く加熱されてから、怪物に吸収され、重力の井戸の中に永久に消えてしまいます。しかし、周囲の塵やガス、さらにはかつて潮汐力によって砕かれた星の残骸は、永久に消滅する前に、ミリ波帯の特徴的な放射線（目には見えない光）を放出します。

この放射線はブラックホールの周囲を明らかにする可能性があります。したがって、対照的に、ブラック ホールの周りを回転するミリメートル光は、ブラック ホールに関する多くの情報 (重力、時空の歪み方、重力レンズの効果など) を私たちに提供します。要約すると、ブラック ホールは目に見えませんが、独自の方法で引き寄せた物質を「照らします」。

物質によって照らされるブラックホール！

上の画像は、ブラック ホール自体が加熱した物質によって照らされたブラック ホールを示しています。

天文学者は、非常に長い基線干渉法の技術を使用して、直径が望遠鏡間の距離 (約 10,000 km) と同じ大きさの仮想巨大望遠鏡を作成しました。彼らは、地球上 (ヨーロッパ、チリ、米国、ハワイ、南極) に広がる 8 つの電波望遠鏡を組み合わせました。

関係するターゲットは、地球から最も「見える」2つのブラックホールでした。 最初のターゲットは射手座 A* (Sgr A) で、26,000 光年離れた天の川の中心に位置するブラック ホールで、その質量は太陽の 410 万倍に相当します。もう一つの目標は、5000万光年離れた巨大な楕円銀河M87の中心部に位置する、1500倍の超大質量ブラックホール射手座A*（太陽質量60億個）だった。

EHT チームが集団観察を試みる時間枠は毎年約 2 週間しかありませんでした。高解像度の画像を構築するには、物理​​学者はその後、アレイ内のさまざまなアンテナで受信した信号を独自の原子時計と組み合わせる必要がありました。信号の到着時間は、10 億分の 1 秒の精度です。次に、比較し、原点を計算して、巨大な全体像を再構成しました。

一晩の観察で 2 ペタバイト (2 x 10) のデータが収集されました。¹⁵）。このデータの山には、ブラックホールに近い環境に存在する非常に特殊な物理現象をより深く理解できるようにする他の情報が眠っている可能性があります。特に、粒子と放射線の巨大なジェットは、その一部が光に近い速度で宇宙に投影されます。

その後、南極に保管されていたデータ ハード ドライブは、長く凍る冬が終わるまで、MIT のヘイスタック天文台とボンのマックス プランク研究所に輸送されるまで待たなければなりませんでした。 画面上に表示されるこの最初のブラック ホールの画像は、わずか 33 KB のデータ、つまり (33 x 10) で構成されています。³)、収集されたデータよりも 1,000 億倍単純です。

これが私たちの脳にとっての「見る」ということであり、現実の複雑さを過度に単純化しているのです。ぼやけた光沢のあるスポットに囲まれたシンプルな黒いシルエットだけで、私たちの幸福には十分です。

ブラックホールの最初のシミュレーション

画像の説明: パリ・ムードン天文台の若手研究者、ジャン・ピエール・ルミネによる最初のシミュレーション（1978年）。画像出典: EHT コラボレーション。

1978年、ジャン・ピエール・ルミネ(1951-) 強力な重力場が時空に与える複雑な歪みと、その枠組みに従う光線の軌道を考慮することにより、ブラック ホールの最初の虚像が作成されました。

そのシミュレーションでは、事象の地平線はわずかに平らになった円盤のように見えます。重力場はブラック ホール付近の光線の経路を非常に強く曲げるため、円盤の後部が「持ち上がる」ことになります。 したがって、二次画像により、降着円盤の反対側、つまり中央の黒い円盤にくっついた薄い光の輪の形をとったブラック ホールの背後にある面を見ることができます。しかし、このシミュレーションの主な特徴は、円盤の異なる領域間の明るさの違いです。

地平線に最も近い領域ではガスが最も高温になるため、自己輝度が最大になります。遠くにある観察者の場合、受け取った光束は、ガスが観察者に近づく画像側で増幅されます。

観察者はブラック ホールに対して静止していないため、ドップラー効果による画像の歪みが生じます。 ブラック ホールは回転運動によってアニメーション化され、非対称性を生成することができ、ブラック ホールは球形ではなくなります。

さらに、ブラック ホールによって引き起こされる重力レンズ効果により、事象の地平線の見かけのサイズが増幅されます。