超大質量ブラックホールの自転が史上初めて証明される

　ブラックホールが、自転していることを示す、直接的な証拠が史上初めて発見されたそうだ。

　そのブラックホールは、おとめ座の方角にある楕円銀河「M87」の中心にある。20年分の観測データから、そこから噴き出すジェットがコマの軸のように歳差運動をしていることが確認されたのだ。

　これによって、アインシュタインの一般相対性理論の正しさが、またも裏付けられることになった。

　日本の国立天文台や総合研究大学院大学など、国際チームによるその成果は『Nature』（2023年9月27日付）で報告されている。

ブラックホールは自転するのか？

　ブラックホールが自転しているだろうことは、かねてから予測されていたことだ。

　光ですら逃げられないブラックホールの重力に捕まった物質は、まるで渦のような円盤を描くようにして引き寄せられる（排水口に流れる水を想像すればいい）。

　やがてそうした物質は事象の地平面を超えて飲み込まれているが、すべてが重力の彼方に消えていくわけではない。じつは一部は吐き出され、超強力なジェットとなって噴出する。

　その噴出スピードは光速の99.9％。このジェットがなぜこのような膨大なエネルギーで噴出するのか確かなことは不明だ。

　だが一般相対性理論によるならば、もしもブラックホールが高速で自転しているのであれば、その磁場からそれだけのエネルギーを得ることもできると推測されている。

　もし本当にブラックホールが自転しているとすれば、その回転は誕生するときに勢いづいたと考えられている。

　フィギュアスケートの選手が腕を縮めてスピンを加速させるように、星が自分の重力で内側に崩壊することで、回転が加速したのだ。

　しかも、自転はだんだんと加速するだろうと考えられている。ブラックホールによって引き裂かれた星や、巨大な質量を持つ天体同士の衝突で生じた物質が落下してくることによる影響のせいだ。

　とは言っても、これまでブラックホールの自転を裏付ける直接の証拠は見つかっていなかった。それが今回ついに発見されたのだ。

「M87」の中心にある太陽の65億倍という怪物ブラックホール

　それはおとめ座の方角にある「M87銀河（メシエ87）」の中心にある超大質量ブラックホールで発見された。

　「M87*」と呼ばれるこの怪物のようなブラックホールは、太陽の65億倍もの巨大な質量で、銀河系全体をつなぎとめている。

　M87*はこれまででもっとも研究が進んでいるブラックホールでもあり、2019年には史上初めて撮影にも成功している。 イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT/Event Horizon Telescope）が撮影した銀河M87中心の巨大ブラックホールシャドウ / image credit:EHT

ブラックホールが自転することを証明

　今回の研究チームは、世界にはり巡らされた電波望遠鏡ネットワークで、この超大質量ブラックホールを2000年から2022年にかけて観察。そのジェットがまるでメトロノームのように11年周期で揺れていることを突き止めた。

　この事実は、M87*の軸が、ちょうど回転するコマの軸のように、回転しながらゆっくりと揺れている（歳差運動）ことを物語っている。 （上）EAVN等で撮影したM87ジェットの電波画像の例。2013年から2018年にかけて7ミリメートル帯の波長で撮影された多数の画像を、2年分ずつ平均して3つの画像にしている。各画像の中心部から伸びる矢印はジェットの噴出方向を表す。（下）2000年から2022年の間に測定されたジェットの噴出方向の時間変化。赤色の曲線は、測定結果と最もよく一致する11年周期の歳差運動のモデルを表す。 / image credit:Cui et al. (2023)

　これはアインシュタインの理論の正しさを裏付けるまた新たな証拠だ。

　それと同時に、どのような破壊的現象ならこのような高速回転を作り出せるのかなど、新たな謎も浮かび上がってくるとのことだ。

References:Precessing jet nozzle connecting to a spinning black hole in M87 | Nature / Scientists just proved that 'monster' black hole M87 is spinning — confirming Einstein’s relativity yet again | Live Science / Monitoring of radio galaxy M87 confirms black | EurekAlert! / written by hiroching / edited by / parumo
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