天の川銀河の巨大ブラックホール「いて座A*」これまでで最も正確な質量の推定値を算出

2021年12月17日 17時38分

【▲天の川銀河中心の超大質量ブラックホールとみられる天体「いて座A*（Sgr A*）」周辺の星々の動き。左から：2021年3月30日、5月29日、6月24日、7月26日に観測されたもの（Credit: ESO/GRAVITY collaboration）】

ヨーロッパ南天天文台（ESO）やマックス・プランク地球外物理学研究所（MPE）などの研究者が参加する研究グループ「GRAVITYコラボレーション」は、天の川銀河の中心に存在が確実視されている超大質量ブラックホール「いて座A*（エースター）」（Sagittarius A*、Sgr A*）に関する最新の研究成果を発表しました。発表によると、今回実施された観測によって「いて座A*」の質量をこれまでで最も正確に推定することができたようです。

■研究グループは「いて座A*」の質量を太陽の430万倍と推定

多くの銀河の中心には巨大なブラックホールが存在すると予想されています。たとえば「おとめ座」の方向約5500万光年先の楕円銀河「M87」には約65億太陽質量（1太陽質量＝太陽1個分の質量）もあるとみられる超大質量ブラックホールが存在しており、国際協力プロジェクト「イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT：Event Horizon Telescope）」によってそのシャドウ（影）が撮影されています。

天の川銀河も例外ではなく、その中心にある「いて座A*」は約400万太陽質量の超大質量ブラックホールだと考えられています。ブラックホールそのものを光（電磁波）で観測することはできませんが、ブラックホールの周りを運動する星々の動きを観測・分析することで、間接的にブラックホールの質量を推定することが可能です。

「いて座A*」の周辺の星の動きは1990年代から観測が続けられており、中心となったReinhard Genzel（ラインハルト・ゲンツェル）さんとAndrea Ghez（アンドレア・ゲッズ）さんはその功績が認められたことで、2020年のノーベル物理学賞をRoger Penrose（ロジャー・ペンローズ）さんとともに受賞しています。

関連：2020年の「ノーベル物理学賞」はブラックホールの研究に貢献した3名が選ばれる

▲今回観測された「いて座A*」周辺の星々の動きを示したアニメーション▲
（Credit: ESO/GRAVITY collaboration/L. Calçada）

MPEの所長を務めるGenzelさんも参加した今回の研究では、チリのパラナル天文台にある「超大型望遠鏡（VLT）」の観測装置「GRAVITY」を使って、2021年3月～7月にかけて「いて座A*」周辺の星々の動きが観測されました。観測データを分析した研究グループは「いて座A*」の質量を430万太陽質量と推定し、地球から「いて座A*」までの距離を2万7000光年と算出しました。

研究グループによると質量の推定値の精度は0.25パーセントで、これまでで最も正確な推定値とされています。なお、分析にはVLTによる過去の観測データに加えて、W.M.ケック天文台およびジェミニ天文台による観測データも用いられました。

発表によると、観測期間中の2021年5月下旬には「S29」と呼ばれる星が「いて座A*」から約130億km（地球から太陽までの距離の約90倍）まで接近し、秒速8740km（時速約3146万km、光速の約2.9パーセント）で通過する様子が観測されています。また、今回の観測ではこれまで未発見だった星が「いて座A*」の周辺で新たに発見されており、「S300」と名付けられました。

【▲口径8.2mの望遠鏡4基で構成されるヨーロッパ南天天文台の「超大型望遠鏡（VLT）」（Credit: ESO/H.H.Heyer）】

研究グループの名称にもなっているGRAVITYは、VLTを構成する口径8.2mの望遠鏡4基を連動させた「VLT干渉計（VLTI）」を利用する観測装置です。GRAVITYの主任研究員を務めるMPEのFrank Eisenhauerさんによると、VLTIを利用するGRAVITYでは、個々の望遠鏡で観測する場合と比べて20倍鮮明な天体の像を得られるといいます。今回の研究では精度をさらに高めるために機械学習（マシンラーニング）も利用されました。

GRAVITYは今後10年以内に感度をより高めた「GRAVITY+」へのアップデートが予定されています。また、ESOはチリのセロ・アルマゾネス山で口径39mの「欧州超大型望遠鏡（ELT）」の建設を進めています。研究グループはGRAVITY+やELTによる観測を通して「いて座A*」の回転速度についての情報が得られることに期待を寄せています。