いて座A*

いて座A*(いて座エースター)は天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールであり、太陽を含む銀河全体がゆっくりと回転する、いわば不動の中心点である。その質量は太陽のおよそ430万倍にも達するが、そのすべてが水星の軌道ほどの幅しかない領域に押し込められており、いて座の方向、およそ2万7000光年の彼方に位置している。

その名前(「サジタリアス・エースター」と発音される)は、どの惑星の名前とも似ていない。このアスタリスク(*)は、より大きな「いて座A複合体」の内部に埋もれた、コンパクトで明るい電波源を示す記号である。2022年、これは直接撮像された史上2例目のブラックホールとなり、銀河M87の巨大なブラックホールに続く快挙となった——ただしこちらは、私たち自身の宇宙的な裏庭に位置している。

「場所」ではなく「境界」

ブラックホールには表面がない。私たちが「大きさ」と呼ぶものは、実際には事象の地平面——光さえも脱出できなくなる一方通行の境界のことである。太陽430万個分の質量の場合、その地平面の半径はおよそ1270万kmで、太陽の幅のおよそ18倍にあたり、水星の軌道の内側に十分収まるほどの大きさである。その内側にあるものはすべて、永遠に私たちの目から隠されている。

いて座A*は自転する、いわゆるカー・ブラックホールである。降着流とX線フレアのモデリングによれば、その自転速度はかなり速い可能性があり、理論上の最大値1に対しておよそ0.5から0.9の範囲にあると推定されている。つまり、周囲の空間そのものを引きずって回転させているということだが、正確な数値はいまだ不確かである。通常の意味での「温度」は持たないが、その周囲を渦巻くように落ち込んでいく希薄なプラズマは、およそ100億度にまで加熱され、私たちがこの天体を見ることができるのはその放射のおかげである。

惑星規模の観測網が撮った一枚の写真

2022年5月12日、イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)共同研究チームは、いて座A*の初の直接画像を公開した。超高温ガスが作る光り輝くオレンジ色のリングが、暗い中心の影を取り囲む姿である。その影は空においてわずか51.8マイクロ秒角しかなく、共同研究チームはこれを「月面上のドーナツを見分けるような難しさ」にたとえた。

これほど微小なものは、単一の望遠鏡では解像できない。そこでチリのアタカマ砂漠からスペイン、ハワイ、アリゾナ、メキシコ、南極までに散らばる8つの電波観測所を連結し、地球全体の大きさに相当する仮想望遠鏡を作り上げ、2017年4月に銀河中心へと一斉に向けた。いて座A*の周囲のガスはほぼ光速で運動し、わずか数分で一周してしまうため、データ収集の間にもその見え方は絶えず揺らいでいた。これが、先に公開されたM87の画像よりも解析にさらに5年を要した理由の一つである。

その存在を明かした恒星たち

写真が撮られるはるか以前から、このブラックホールは重力を通じてその存在を明かしていた。数十年にわたり、ドイツのラインハルト・ゲンツェル率いるチームと、アメリカのアンドレア・ゲズ率いるチームという2つのグループが、世界最大級の望遠鏡を用いて、銀河中心の見えない一点の周りを高速で回る個々の恒星を追跡した。S2と命名された恒星は、いて座A*の周りをわずか16年という短い周期の軌道で回っており、2018年5月には光速のおよそ3パーセントの速度で、およそ180億kmの距離まで接近した。

その星の光は、ブラックホールの重力を振り切って進む過程で、より赤い波長へと引き伸ばされた——これはアインシュタインの一般相対性理論がまさに予測するとおりの重力赤方偏移である。数十年にわたるこれらの恒星軌道の観測により、質量は1パーセント未満の誤差で確定され、ゲンツェルとゲズはロジャー・ペンローズとともに2020年のノーベル物理学賞を受賞した。

意外なほど静かな怪物

その質量の大きさに反して、いて座A*は驚くほど穏やかである。恒星を引き裂いたり、クエーサー級の放射を放ったりしているわけではなく、毎年取り込む物質はわずか太陽質量の10万分の1程度にすぎず、そのわずかな量でさえ多くは落ち込む前に再び外へ吹き飛ばされてしまう。遠方の銀河で活発に物質を飲み込んでいるブラックホールたちと比べると、私たちの銀河のブラックホールは事実上休眠状態にあると言ってよい。

とはいえ、完全に静かというわけでもない。NASAのチャンドラやニュースターといった宇宙望遠鏡は、定期的にこの天体がX線でフレアを起こす様子をとらえている。これは、落ち込んでいくガスの磁気活動に由来すると考えられる短時間の増光である。また、古代の光のこだまには、いて座A*がおよそ200年前にはるかに活発だったことを示す手がかりも残されている。

電波のかすかな兆しから銀河の錨へ

いて座A*は1974年2月13日と15日、ブルース・バリックとロバート・ブラウンによって発見された。二人はグリーンバンクの電波リンク干渉計を用いて、銀河中心に異常にコンパクトな電波源があることを検出した。ブラウンは後にこの名前を考案し、「興奮した」原子を表す記法になぞらえて「刺激的である」ことを示すアスタリスクを付け加えた。この名前はそのまま定着した。

この当時はかすかな電波の一点にすぎなかったものが、今では天の川銀河の重力的な錨であると理解されている。私たちの太陽を含む数千億の恒星がその周りを公転しており、太陽が一周するのにはおよそ2億3000万年を要する。

なぜ肉眼では見えないのか

惑星や彗星とは異なり、いて座A*を肉眼で見つけることは不可能である。可視光をほぼ完全に遮ってしまう厚い星間塵の雲の向こう側に位置しており、そのために電波で発見され、今日でも可視光ではなく電波、赤外線、X線で研究されている。私たちにできるのは、北半球からは夏の夜空に低く見えるいて座の方向を眺め、そこに密集する天の川の最も濃い星雲群の中心に、太陽400万個分もの質量を持つ影が潜んでいること、そしてそれを撮影するには惑星規模の望遠鏡が必要だったことを思い浮かべることだけである。