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本学の注目すべき研究者のこれまでの研究活动や最新の情报を绍介します。

学际科学フロンティア研究所　当真　贤二　准教授

一般の人にとって、ブラックホールと言われても、何でも吸い込んでしまう「真っ暗な穴」というイメージくらいしか思い浮かばないと思います。まして、ブラックホールには大きなものと小さなもの２种类があるなどということは思いもよらないはずです。当真さんは、2019年4月に公表されたブラックホールの撮影に史上初めて成功した研究に参加しました。それは、少年时代に抱いた梦の実现でもありました。

ブラックホールの撮影に成功！

発表されたこのニュースに世界は衝撃を受けました。そうです、それがついに実现したのです。それにしても、ブラックホールは、すべての光を吸い込んでしまう空虚な「穴」のはずです。その撮影はどうやって実现したのでしょう。

撮影されたのは、地球から5500万光年の距离にある、おとめ座银河団の楕円银河惭87の中心に位置する巨大なブラックホールです。それを、世界各地にある8台の电波望远镜を组み合わせて観察し、ブラックホールの周りでリング状に光り辉くガスのようなものを撮影することで、ブラックホールの「影」をとらえることに成功したのです。この成果は、200人以上の研究チームにより7年の歳月をかけて実现しました。

当真さんは、理论解析チームの一员として参加し、撮影された光のリングが、アインシュタインの予言、シミュレーション结果、予想された质量などと合致するかどうかの検証にあたりました。当真さんが映像を初めて见たのは、论文発表の前年の夏でした。もちろん、関係者以外、他言无用でした。ただし、科学者は、得られたデータを疑ってかかるのが商売です。最初は「ほんとかな」という思いを胸に、理论解析を进めたそうです。その结果、数値的にはほぼ予想どおりということになり、ほぼ间违いないだろうということで発表に至りました。

当真さんによれば、今回の成功は、予想外のことではないが、想像でしかなかった画像が初めて撮れたことが画期的な成果だそうです。

アインシュタインは、1916年に提唱した一般相対性理论において、物质があると周囲の时空が歪むことを示す方程式を発表しました。その方程式は、ブラックホールに存在を予言するものでした。物质の存在で重力が発生し、重力が大きくなると光が曲げられ、最后は时空の歪みの中に吸い込まれる、それがブラックホールだというのです。

宇宙には莫大な数の银河が存在しています。そのすべての银河の中心にブラックホールがあります。われらが太阳系が属する银河の中心にもあります。距离的には近いので大きく见えるはずなのですが、サイズとしては小さめのブラックホールなので変动が激しい上に、银河の内侧から见ることになるため、ガスや尘に妨げられてクリアな映像を得るのは容易ではありません。そこで二番目に大きく「见える」はずの巨大なブラックホールとして目をつけたのが、今回撮影されたものです。

これとは别に、大きなものと比べると100万分の１くらい小さなブラックホールも存在します。大きなブラックホールの成因はわかっていませんが、こちらはほぼわかっています。恒星がエネルギーを使い果たして超新星爆発を起こしてできるとされているのです。

今回の撮影成功では、まだ実现していないことがあります。ブラックホールから喷出されているプラズマ（ブラックホールジェット）の映像が撮れていないのです。これは、中心の解像度だけを上げて撮影したためで、今后、観察する望远镜の数を増やして広い范囲の解像度を上げることでジェットをとらえる计画だそうです。

すべてを吸い込んでしまうブラックホールからジェットが喷出されるというのも不思议な话です。これは、磁场をもって回転するブラックホールが电池のような作用を及ぼすことで、电子と阳子からなるプラズマという形でエネルギーが放出されているというのが、当真さんを含め、多くの宇宙物理学者の予想です。

当真さんのもともとの専门は、ガンマ线が闪光のように放出される天体现象のガンマ线バーストに関する理论的研究です。ガンマ线バーストはブラックホールの生成やブラックホールジェットとも関係があるとされています。

当真さんは、中学生のときに见た科学番组で、一般相対性理论を表すアインシュタイン方程式を见て、こんなにややこしい式があるのかとびっくりし、そういう研究をしたいと思い込むほどすっかり魅せられてしまったそうです。大学生时代に若干の寄り道はしたものの、结果的には一贯してアインシュタインを追いかけ、ブラックホールやジェット喷出の问题に取り组んできました。

学际研究の强み

いうまでもなく、宇宙は広大です。アインシュタインは例外中の例外ですが、研究者一人で太刀打ちできる相手ではありません。ブラックホールの撮影でも、さまざまな分野の200名以上の研究者が参加しました。最初は小さなブラックホールの研究をしていた当真さんが参加したのは、大きなブラックホールの研究者とも常に话し合いながら研究を进めていたからです。

当真さんが属する学际科学フロンティア研究所には、多様な分野の研究者が集っています。また、外から呼ばれてセミナーをする研究者の専门も多彩です。当真さんが2019年5月に発表した论文は、京都大学の素粒子理论物理学者、藤田智弘さんとの雑谈がきっかけでした。

藤田さんの関心分野は暗黒物质（ダークマター）でした。宇宙に存在する全エネルギーのうち、电子や阳子など既知の素粒子が占めているのはわずか5％程度で、约25％は目で见えないダークマター、残る70％弱はダークエネルギーだと考えられています。

ダークマターは、光は出さず、重力しか及ぼさない正体不明の物质です。有力な説の１つは、そこら中に降り注いでいるアクシオンという素粒子がダークマターの正体だというものですが、问题はその存在が観测できないことです。

ガンマ线バーストの偏光现象という话をした当真さんに、藤田さんが声をかけ、天体の偏光を用いてアクシオンを探せないかという话に発展したのです。最终的には惑星形成を専门とする东北大学の田崎亮さんもチームに加わり、生まれたばかりの恒星を中心に形成されつつある惑星系である原始惑星系円盘と呼ばれる天体が発する光の偏光パターンにずれがあるかどうかを调べれば、アクシオンの光に対する微弱な作用の有无が判定できる可能性が见えてきたのです。原始惑星系円盘を用いてアクシオンの存在をとらえようという试みは、これまで谁も想像すらしていなかったことでした。しかもこれが、最も强力なアクシオンの探査法であることがわかりました。これも、异分野の知恵を集めた成果です。

ダークマターとダークエネルギーの正体は何かは、天文学の二大问题といわれています。アインシュタイン方程式に唤起された当真さんの好奇心は、さらなる宇宙の大问题へと広がりつつあります。

文責：広報室 特任教授 渡辺政隆

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