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宇宙

天の川銀河中心のブラックホールの撮影に初めて成功 39

ストーリー by nagazou
成功 部門より
日本も参加する国際研究チーム「イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)・コラボレーション」は、天の川銀河の中心に存在する巨大ブラックホールの輪郭の撮影に成功したと発表した(国立天文台(NAOJ)リリースNHK)。

地球規模の電波望遠鏡ネットワークを使って撮影されたものだという。このブラックホールは地球から2万7000光年離れた「いて座」の方角にあるとされる。ブラックホールは光を放たない天体であるため、そのものの撮影は不可能だが、周囲で光り輝くガスなどのコントラストなどによりその姿を把握することができる。今回撮影された画像によって、多くの銀河の中心に存在するとされる巨大ブラックホールの働きについて理解する手がかりになると期待されている。
  • ブラックホールの事象の地平面(有名なのだと止まってて電荷も磁場も持たないブラックホールのシュバルツシルト半径)は脱出速度が光速度の面との定義なのだけど、そこから離れた位置でも面に対して垂直でなかったら重力(空間の歪み)でブラックホールへ引き戻されるんだよね。ブラックホールから離れるほどに脱出可能な角度は増えてゆき、シュバルツシルトブラックホールの場合にはシュバルツシルト半径の約1.5倍のところで90°で発射された光がぐるぐる永遠に周る様になる。そこから先は鈍角でも光は外へ出られる様になる。
    ゆえにこの間のや今回の映像で黒く見えてるのは、ブラックホールのそのちょい外側だと言う理解をしてほしい。
    また映像で光がリング状に見えているのはブラックホールへ落ち込むガスの回転面(降着円盤)がこちらを向いているのではなく、上記の原理でブラックホールを回り込んだ光(電波)が地球へ届いているので円盤状に見えているのだ。だからブラックホールをどの角度から見ても常に円盤状に見えるというわけ。

    ここに返信
    • 敵の数が多すぎて、宇宙が黒く見えない。
      敵が七分で、黒が三分。いいか!?
      敵が七分に、黒が三分だ。

    • by Anonymous Coward on 2022年05月16日 0時08分 (#4249524)

      映像で光がリング状に見えているのはブラックホールへ落ち込むガスの回転面(降着円盤)がこちらを向いているのではなく、

      いや、いて座A*に限って言えば、降着円盤の回転軸はほぼこっちを向いているらしいが、、、
      https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/12460_sgr_a [astroarts.co.jp]

    • by Anonymous Coward

      親コメは「円盤状」は「ドーナツ状」と書いたほうがよかったかと思うけど、
      全体的には的を射たコメントだと思う。マイナスモデ付けた人々は何を考えてマイナスつけたんだろう?

      ところで、この中心に穴があいた形、
      M87については「そういう形のものがあると期待して解析したから出てきた」って説もある。
      最近査読が通ったという論文がこれ。
      https://arxiv.org/abs/2205.04623 [arxiv.org]
      >Because the EHTC's simulations only take into account the reproduction of the input image models, and not those of the input noise models, their optimal par

      • by Anonymous Coward

        いや、後半は補足として読めば良いとして、前半とタイトルの対応がちょっとおかしいよ。そもそもシュバルツシルトブラックホールをイメージしている人は円盤なんて思い浮かべないだろうし、論旨と想定読者が不明で、自分に言い聞かせているようにしか読めない。

    • by Anonymous Coward

      脱出速度って、質量を持っているものの初速だよね。
      質量ゼロの光でも脱出速度って有効なんだろうか?と最近モヤモヤしている。
      光が中心方向に曲がるのも空間の歪曲に沿って進むからであって
      中心部から鉛直に脱出しようとしたら出てこないのかな?

      強大な重力で時間が停止するから周波数がゼロになるというのは置いといて。

      • by Anonymous Coward

        垂直に飛んだとしても、軌道が「短半径ゼロの楕円」になるだけだから脱出はできんよ。

        • by Anonymous Coward

          質量を持たない光なら長半径が無限になるのでは?という疑問でしょ

      • わかりやすい様に座標と次元を減らそう。縦軸に時間(t)横軸にブラックホールからの距離(l)を取る。これでブラックホールから垂直に離れる運動とその時間の経過を見られる。lの原点はブラックホールの中心だ。そこから離れたところに垂直に線を引いてシュバルツシルト半径とする。
        t=0を観測開始時点としよう。シュバルツシルト半径の外側にある粒子は知っての通り問答無用で座標上のtが増える方向に移動する。lの増減は自由だ。ブラックホールから離れていれば右上に、真円で周回していればまっすぐ上に軌跡を描く。落下すると左上へ軌跡を描いてシュバルツシルト半径を越える。
        シュバルツシルト半径の内側は時間とブラックホールへの距離が入れ替わる。t方向すなわち時間の移動は自由だが、問答無用でl=0つまりブラックホールの中心へ向かって移動することになる。粒子はシュバルツシルト半径内で時間を移動できるが最終的にl=0の位置へおちつく。
        なんかこう言うつたない説明しかできないんだけどわかってもらえたろうか。

      • by Anonymous Coward

        等価原理から、質量があっても無くても、例えマイナスの質量でさえ、重力場の中では落ちる速さは同じ。
        でもモヤモヤするよね。
        モヤモヤするから物理屋さんに色々と聞いてみたら、どうも「質量」という言葉の定義が一般人と違うようだと分かった。

        • by Anonymous Coward

          事象の地平面よりちょっと外側から上に向かって光速の99%で物を放り投げたとき、ブラックホールの重力で
          ある時間経つと速度が0になり次の瞬間に逆戻りして最終的にブラックホールに飲み込まれる。
          なら、事象の地平面よりちょっと内側から上に向かって放り投げたらどうなるか?

          最終的にブラックホールから逃げ出すことができないから外から観測することはできなくても
          事象の地平面を越えてちょっとは出てこられるような気がするし、事象の地平面をまたいだら
          僅かでも上方向に移動できないというのは言い過ぎでは?と考え出すと夜も寝られません。

          • by Anonymous Coward

            地平線の境界面で何が起こるかは、量子論と一般相対論の統合理論が完成しないと分からんのじゃない?
            「ブラックホールの表面付近の観測は、その理論統合の何か手掛かりになる。」と偉い人が言ってた。

  • 今日のいて座の運勢 (スコア:2, おもしろおかしい)

    by Anonymous Coward on 2022年05月14日 7時51分 (#4248870)

    盗撮に注意

    ここに返信
  • by Anonymous Coward on 2022年05月14日 8時33分 (#4248888)

    国立天文台からプレスリリースが出ている理由ですが、プレスリリースより引用。

    「日本が国際協力の下で運用に参加しているアルマ望遠鏡は、EHTの要となる観測局として天の川銀河の巨大ブラックホールの撮影において重要な役割を果たしました」

    「アルマ望遠鏡による感度と精度の高い観測により、ブラックホールの周りのガスの運動によっていて座A*の明るさが観測中どのように変化し、EHTの観測データにどのように影響しているかを詳細に調べられました。これにより、いて座A*の代表的な構造を画像化することが可能になったのです」

    そしてアルマ望遠鏡のある合同アルマ観測所の運用が欧州南天天文台、アメリカ北東部大学連合/アメリカ国立電波天文台、日本の国立天文台によってなされているため。

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      ありがとう
      でも新聞にも何度も載った名前だし、スバル, ハヤブサほどではないにせよ世間にも周知の事実じゃないかな

      あと運用だけでなく計画の端緒も作ったのもね

    • by Anonymous Coward

      不思議ですよね。
      >EHTコンソーシアムは、以下の13の理事機関が参加しています。
      >...自然科学研究機構国立天文台(日本)...
      こちらとか水沢VLBI観測所を前に出すのが自然だと思うのだけど、
      https://science.srad.jp/story/20/03/30/1439255/ [science.srad.jp]
      これの絡みなのでしょうかね。

  • by Anonymous Coward on 2022年05月14日 10時14分 (#4248939)

    多所で合同観測するときの、同時性の保証って今はどうやってるのでしょうか
    ふと思いつくのは、十分遠方の規準星からの信号(パルサーとか)を同時記録して
    それをガイドクロックとするようなことですが(静止衛星からのでもいいかな?)
    地球上同士で通信しては精度が出ないような気がするのでこのようなことを考えましたが
    あるいは地球上の通信だけでいまは十分な精度が出るのでしょうか
    借受の回線なんか使っていたら(専用線でも)精度が出ないような気がするのです

    ここに返信
    • ブラックホール初撮影データの保存先に「クラウド」が選ばれなかった理由
      https://techtarget.itmedia.co.jp/tt/spv/1905/29/news08.html [itmedia.co.jp]

      ハードディスクに保存して輸送、あとから同期処理をかけてるそうです
      容量がネックでネットワーク越しにクラウドは無理みたいです

    • LINEかな。
      「これから撮影します…ごーよんさんにー…」

    • by Anonymous Coward
      正確な時間が刻まれていれば、統合できるのでは
    • by Anonymous Coward

      リアルタイムで眺めているわけではないから、各観測所で精密な観測時刻の記録があれば通信遅延は関係ないでしょう。

    • by Anonymous Coward

      データに時刻情報を入れとけばいいんじゃないの?
      もちろん、お互いに同期した原子時計で

      • by Anonymous Coward

        その、(最初の)同期をどうやってるかというお話なのですけど・・・
        一箇所で合わせた原子時計を「運ぶと狂う」んですよ
        だから、パルサーのようなものを観測して合わせるのかな、ということなんですが
        相関取ればいいのでしょうけどね。それにしても基準を持つ必要があるわけで
        現場のヒトじゃないとわからないかw
        # NHK子ども科学電話相談に水沢VLBIの偉い人が先生でご出演なさってるから訊きたいけどきけない

        • by Anonymous Coward on 2022年05月14日 23時20分 (#4249186)

          国際原子時では、GPSを使って各国の原子時計の時刻合わせを行ってる。
          https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%BD%E9%9A%9B%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%99%82 [wikipedia.org]

          もっと高精度が必要になるVLBIでは、数十億光年離れたクエーサーからの電波を使ってる。
          https://www.gsi.go.jp/common/000190251.pdf [gsi.go.jp]

          • by Anonymous Coward

            おいおい、後半の文書は読んだらそんなこと書いてないじゃん。時刻合わせは
            >この時刻の差(遅延時間)を、非常に正確な時計(水素メーザー原子時計)で1000億分の1秒まで測ります。
            >遅延時間は、非常に正確な水素メーザ原子時計を使って計測します。1億年に1秒しか狂わないこの時計の精度がVLBIの命です。
            だ。クエーサーは
            >はるか数十億光年の彼方にある天体(クエーサー)から地球に届く電波を利用し、数千kmも離れたアンテナの距離を、わずか数mmの誤差で測る測量技術です。
            と、正確な時計を前提にして、位置を測るのに使うと書いてあるぞ。

            • クェーサーの電波を利用したVLBIで原子時計の時刻合わせをする話?
              NICTは、とうとう10^-16の精度に到達したらしいけど。
              https://www.nikkei-science.com/?p=62813 [nikkei-science.com]

            • by Anonymous Coward

              正確な時計を前提にして、位置を測るのに使うと書いてあるぞ。

              それは、各電波望遠鏡の位置が予め判っていれば、電波の到達時間差から逆算して、
              原子時計間の時刻合わせも出来るということだよね。

              • by Anonymous Coward

                距離測定と時刻合わせ、両方必要な場合は、、、
                あぁ、別のクエーサーの電波に対しても時間差を測定して、連立方程式を解けば良いだけかな?
                未知数が2個に増えるわけだから。

        • 時計を運んじゃダメです。
          相対的に静止している系どうしで、光速で伝播する相互作用(ふつうは電磁波)によって時刻を同期させます。
          この時刻の同期化が成立することが、相対性理論の大前提になっています。
          ですので、「遠方のパルサー」とか一切関係なく、局所的に相対速度0の(もしくはそう近似できる)系どうしで、光速で通信する手段により時刻を同期させれば十分です。

          • by Anonymous Coward

            相対論の実験に必要なほどの精度は不要なので、各アンテナで同一のパルサー観測して相互祖間計算するとかすれば同期が取れるのでは?

  • by Anonymous Coward on 2022年05月15日 21時34分 (#4249472)

    >ブラックホールの撮影に成功

    なんでこういう嘘を書くんだろうか?
    以前にも得意げに発表した団体あったけどブラックホールは撮影できない!
    苦し紛れに能書きたれてるが同じこと

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      そんな目くじら立てんでも。
      本文にはちゃんと輪郭って書いてあるし。

      • by Anonymous Coward

        ブラックホールには、周囲の降着円盤が含まれるのか否か?

        # 太陽には太陽を除く太陽系は含まれないが、土星には土星周辺のリングは含まれるとも。

    • by Anonymous Coward

      撮影して、ちゃんと黒い物が写ったじゃないか

    • ドーナツの穴は撮影できるか否か?

      答えは、ドーナツがあれば撮影できる。
      ドーナツがなければそれはドーナツの穴ではないので撮影できない。

      ブラックホールの穴は撮影できるか否か?
      ブラックホールの降着円盤に穴が空いてるのが写れば、それはブラックホールの穴を撮影したことになるのではなかろうか。

      • by Anonymous Coward

        マジレスすると、
        まずドーナッツの穴の撮影だが、ドーナッツあるなしにかかわらず、そもそも被写体が存在しないので撮影は不可能というか無意味
        穴というのは概念であって物体ではない

        次にブラックホールの穴だがこれも誤りで、ブラックホールは穴ではなく天体である
        撮影するには物体が光学的電波的に何らかの電波を発していなければ撮影はできない
        今回撮影したのはブラックホールが存在している周辺の被写体を撮影したに過ぎない
        つまりブラックホールの撮影には至っていない

    • by Anonymous Coward

      セイントの小説「透明人間の告白」を映画化した「透明人間」(と書かないと同じタイトルの
      映画が何本もあるので)に、雨の中で透明人間の姿が水滴で浮き出てくる場面があるから
      そーいうのと同じってざっくり受け止めればそれでいいんじゃね

      #♪現れないから透明人間です

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未知のハックに一心不乱に取り組んだ結果、私は自然の法則を変えてしまった -- あるハッカー

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