プレスリリース全文と画像・映像などは、国立天文台のプレスキット「史上初、ブラックホールの撮影に成功」から閲覧・ダウンロードしていただけます。日本チームの貢献については、EHT-Jウェブサイトをご覧ください。

イベント・ホライズン・テレスコープは、地球上の8つの電波望遠鏡を結合させた国際協力プロジェクトであり、ブラックホールの画像を撮影することを目標としています。2019年4月10日、研究チームは世界6か所で同時に行われた記者会見において、巨大ブラックホールとその影の存在を初めて画像で直接証明することに成功したことを発表しました。

この成果は、アメリカの天文学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』特集号に6本の論文として掲載されました。今回撮影されたのは、おとめ座銀河団の楕円銀河M87の中心に位置する巨大ブラックホールです ^[1] 。このブラックホールは、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 ^[2] 。

イベント・ホライズン・テレスコープは、世界中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を作り上げるプロジェクトです ^[3] 。イベント・ホライズン・テレスコープは長年にわたる国際協力の結果であり、アインシュタインの一般相対性理論で予言された宇宙のもっとも極限的な天体を探る新しい手段を研究者たちに提供します。なお今年は、一般相対性理論が歴史的な実験によって初めて実証されてから100年の節目の年に当たります ^[4] 。

「私たちは、ついにブラックホールの姿を初めてとらえました。200人以上の研究者がチーム一丸となって成し遂げた偉大な科学的業績といえるでしょう」と、イベント・ホライズン・テレスコープの代表を務めるシェパード・ドールマン氏（ハーバード・スミソニアン天体物理学センター）は語っています。

ブラックホールは、莫大な質量を持つにもかかわらず非常にコンパクトな、宇宙でも特異な天体です。ブラックホールがあることで、その周辺の時空間がゆがみ、周囲の物質は激しく加熱されます。

「もしブラックホールのまわりに輝くガスのような明るいものがあれば、ブラックホールは『影』のように暗く見えるはずです。これはアインシュタインの一般相対性理論から導き出せることですが、私たちはこれまでそれを直接見たことはありませんでした。」と、オランダ・ラドバウド大学のハイノー・ファルケ氏はコメントしています。「ブラックホールの重力によって光が曲げられたり捕まえられたりすることで、ブラックホールシャドウが生まれます。それを調べれば、ブラックホールという魅力的な天体の性質についていろいろなことがわかりますし、ブラックホールの質量を測定することもできます。」

複数のデータ較正や画像化手法を用いることによって、明るいリングの中に暗い部分が写し出されました。これこそが、ブラックホールシャドウです。イベント・ホライズン・テレスコープで繰り返し観測を行っても、このシャドウの存在は揺らぎませんでした。

「ブラックホールシャドウを写し出せたと確信した後、私たちはシミュレーション結果とこの画像を比較しました。シミュレーションには、ブラックホールのまわりのゆがんだ時空や超高温になったガス、磁場などさまざまな効果を取り入れています。観測で得られた画像は、理論的予測と驚くほどよく一致していました。これによって、ブラックホール質量推定や私たちが写し出した画像そのものの意味についても、確信を持つことができました。」と、東アジア天文台長であるポール・ホー氏は語っています ^[5] 。

イベント・ホライズン・テレスコープを実現するためには、既存の8つの望遠鏡をアップグレードして結合する必要があり、これ自体が挑戦でした。望遠鏡はハワイやメキシコの火山、アリゾナやスペイン・シエラネバダ山脈の山々、チリのアタカマ砂漠、そして南極に設置されています。それぞれ観測条件は良い場所ですが、人間にとっては厳しい環境です。

イベント・ホライズン・テレスコープは、超長基線電波干渉計（Very Long Baseline Interferometry: VLBI）という仕組みを用いています。世界中に散らばる望遠鏡を同期させ、地球の自転を利用することで、地球サイズの望遠鏡を構成します。今回イベント・ホライズン・テレスコープが観測したのは、波長1.3mmの電波でした。VLBIにより、イベント・ホライズン・テレスコープは解像度20マイクロ秒角という極めて高い解像度を実現できました。これは、人間の視力300万に相当し、月面に置いたゴルフボールが見えるほどです。

今回観測に使用された望遠鏡は、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）です ^[6] [7] 。得られた生データの合計は数ペタバイトにもなり、これらはドイツのマックスプランク電波天文学研究所とアメリカのマサチューセッツ工科大学ヘイスタック観測所に設置された専用のスーパーコンピュータで処理されました。

イベント・ホライズン・テレスコープの建設と今日発表された観測成果は、何十年にもわたる観測的・技術的・理論的取り組みの賜物です。さらに、世界中から集まった研究者たちの緊密な連携の結果でもあります。イベント・ホライズン・テレスコープを実現するために13のパートナー機関が力を合わせ、既存の観測装置を活用するとともにさまざまな機関からの支援も受けて活動してきました。主要な資金援助は、アメリカ国立科学財団と欧州連合の欧州研究会議、そして東アジア地域の資金配分機関からのものです。

アルマ望遠鏡ディレクターのショーン・ドウアティ氏は「アルマ望遠鏡は、ミリ波を観測できる望遠鏡としては世界最大であり、今回のプロジェクトで非常に重要な位置を占めています。アルマ望遠鏡の感度が高いことで、他の望遠鏡のデータと結合させる際の高い精度を保証することができ、今回の素晴らしい成果につながったのです。」とコメントしています。

ドールマン氏は、「私たちは、一世代前ならまったく不可能であったことを成し遂げたのです。技術的なブレイクスルー、世界中の最高の望遠鏡たちをつなぐこと、革新的なデータ処理アルゴリズムなど、すべてがあわさって初めてブラックホールと事象の地平面に対するまったく新しい窓を開くことができたのです。」と結論しています。

論文

この研究成果は、以下の6本の論文として、米国の天文学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』特別号に2019年4月10日付で掲載されました。
– First M87 Event Horizon Telescope Results I: The Shadow of the Supermassive Black Hole
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab0ec7
– First M87 Event Horizon Telescope Results II: Array and Instrumentation
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab0c96
– First M87 Event Horizon Telescope Results III: Data Processing and Calibration
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab0c57
– First M87 Event Horizon Telescope Results IV: Imaging the Central Supermassive Black Hole
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab0e85
– First M87 Event Horizon Telescope Results V: Physical Origin of the Asymmetric Ring
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab0f43
– First M87 Event Horizon Telescope Results VI: The Shadow and Mass of the Central Black Hole
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab1141

この研究は、文部科学省/日本学術振興会科学研究費補助金（No. 18K13594, 18K03656, 18H01245, 18H03721, 18KK0090, 25120007, 25120008）、大学共同利用機関法人自然科学研究機構「ネットワーク型研究加速事業」、文部科学省ポスト「京」重点課題9「宇宙の基本法則と進化の解明」および計算基礎科学連携拠点（JICFuS）、東レ科学振興会東レ科学技術研究助成、住友財団基礎科学研究助成（170201）他、国際的な支援を受けて行われたものです。