2つのブラックホールを同時に撮影

歴史的快挙：2つのブラックホールが初めて同時に撮影される

2025年10月9日、国際チームはある電波画像を公開した。そこには、ブレーザーとして知られる「OJ287」の内部で、同じ軌道を共有する2つの超大質量ブラックホールの姿が初めて捉えられていた。チームはこの発見を「歴史的」と呼び、長年の天文学的パズルを解決するものだとしている。2つのコンパクトな電波源は、独立した軌道モデルが予測した通りの位置に存在しており、小さい方の相棒からは、庭のホースを振り回しながら光速に近い速度で粒子を噴射しているかのような、コルク抜き状のジェットが放出されている。この解釈と画像自体は、地球上の望遠鏡とアーカイブの宇宙電波データを組み合わせた超長基線電波干渉法（VLBI）に基づいて構築されており、OJ287に関する数十年にわたるタイミング測定や光学フレアの予測と一致している。

歴史的快挙：OJ287における2つのブラックホール

OJ287は、1世紀以上にわたって天文学者にとっての難題であり、かつ期待の星でもあった。この天体は19世紀のアーカイブ写真乾板にも写っており、1980年代以降、その規則的な12年周期の光学アウトバースト（急激な増光）のパターンは、連星ブラックホール・エンジンに起因するものだと主張されてきた。University of TurkuやTata Instituteなどのグループが数十年にわたって洗練させてきたそのモデルは、繰り返されるフレアのタイミングと幾何学的構造を予測していた。そして今回の新しい電波画像は、それらのモデルが主ブラックホールと副ブラックホールを配置したのとまさに同じ場所に、2つのコンパクトな電波放出体を確認した。多くの研究者にとって、これは輝度の振動が単一の歳差運動するジェットからではなく、実際に束縛されたペアから来ていることを示す、初めての直接的な空間的確証となった。

歴史的快挙：2つのブラックホール —— 観測機器と撮像技術

互いの軌道を回る2つのブラックホールを捉えるには、利用可能な中で最も鋭い「電波の目」が必要だった。チームは超長基線電波干渉計（VLBI）を使用し、国際的な地上電波望遠鏡群からの信号と、RadioAstron（Spektr-R）ミッションによって提供された宇宙基線の信号を結合させた。RadioAstronのアンテナはかつて月までの距離の約半分にまで達し、角分解能を劇的に向上させた。この地上と宇宙を結ぶVLBIデータセットは、月面上のコインを識別するのに匹敵する有効解像度を実現し、OJ287の明るい核の内部にある2つのコンパクトな電波源を分離するために不可欠であった。重要なのは、ブラックホール自体は不可視のままであり、それらが放出する高エネルギー構造である電波ジェットやコンパクトなホットスポットから、ブラックホールの存在が推論されている点である。

質量、分離、そして画像が重力について物語ること

測定された質量と12年の周期からの推論として、ケプラー力学に基づくと軌道長半径はおよそ1～2×10^4天文単位（約0.05～0.1パーセク、または数光分の1光年）となる。この数値は公表された質量と軌道周期から導き出された近似的なニュートン力学的推定値であり、電波画像で直接測定されたものではなく、オーダー規模の物理的スケールとして解釈されるべきものである。重要な点は、このペアが天文学的な観点から見て極めてコンパクトであり、地球から約50億光年離れたOJ287の距離では、空の上での角分離が極めて小さいため、それらを分離するには宇宙基線VLBIが必要だったということだ。

OJ287はすでに、一般相対性理論をテストするための実験場として利用されてきた。連星モデルにおける予測されたインパクト・フレアや近星点歳差運動は、相対論的な力学や重力波によるエネルギー損失の間接的なテストを提供してきた。今回の新しい直接画像は、それ自体でそれらのテストに取って代わるものではないが、宇宙におけるシステムの幾何学的構造を確定させ、観測者に相対論的な軌道運動やジェットの向きの変化をリアルタイムで追跡する稀な機会を与えるものである。これは、強重力場、時空の歳差運動、そして軌道と降着物理の結合を直接探る一助となる。

ジェットの挙動、曖昧さ、そして追跡観測の重要性

この画像が将来の観測と重力波にもたらす意味

パーセクまたはサブパーセク・スケールで分離可能な超大質量連星を発見することは、マルチメッセンジャー天文学にとって大きな意味を持つ。OJ287のようなシステムは、パルサー・タイミング・アレイが測定を試みているナノヘルツ重力波の放出源候補である。空間的に位置が特定されモデル化された連星は、それら低周波重力波探索の天体物理学的な拠り所となり、理論家には波形や合体までの時間を予測するための明確なターゲットを与える。より短い時間スケールでは、軌道の進行に伴うジェットの向きを監視することで、ジェットの放出モデル、磁場の幾何学的構造、および円盤と副ブラックホールの相互作用がテストされることになる。研究者たちはすでに、12年の軌道周期の複数の段階を通じて副ブラックホールのジェットが予想通りに「振れる」様子を追跡する、VLBIの継続観測を計画している。

この画像がいかにして長年の疑問に答えるか

周期的な輝度変化を示す活動銀河核に、2つのブラックホールが隠れているのか、それとも複雑な降着とジェットの物理現象に過ぎないのか、という疑問は数十年にわたって投げかけられてきた。OJ287の画像が、それだけで全ての代替説を完全に退けるわけではないが、長年のタイミング予測の歴史と一致する空間的な確証を提供したことは事実である。これは間接的なテストでは決して完全に補うことができなかったものである。電波のホットスポットを独立して導き出された軌道モデルと結びつけることで、この研究は単一ブラックホールによる代替説明の成立し得るパラメータ空間を狭め、連星の進化、相対論的歳差運動、および軌道運動に対するジェットの反応の研究における新たな観測的基準を打ち立てた。

次のステップと今後の展望

今回の主張は複雑なVLBIの再構成と、モデル化された軌道位相の一致に基づいているため、今後は検証が焦点となる。それは、より密な基線カバー率を持つさらなるVLBI観測、RadioAstronレベルの基線を復活させる新たな宇宙VLBI構想、電波構造を光学やX線のフレアと結びつける多波長キャンペーン、そしてねじれた構造が本当に回転するジェットであるかどうかをテストするための精密な偏光監視を意味する。もし繰り返しの撮像によって、副ブラックホールのジェットが現在のモデルが予測する通りに揺れ動いていることが示されれば、このケースは「極めて説得力がある」から「議論の余地がない」ものへと変わり、OJ287は我々が手にする中で最も直接観測された、ゆっくりと進化する超大質量連星の実験場に最も近い存在となるだろう。

Sources

• University of Turku (OJ287に関するプレスリリースおよび研究資料)
• The Astrophysical Journal (電波撮像の結果を詳述した査読済み論文)
• RadioAstron / Spektr-R mission (データセットで使用された宇宙VLBI観測装置)
• Astronomy & Astrophysics (VLBIジェットおよび偏光研究、Event Horizon Telescopeチームの論文)