科学者たちは、先進的な望遠鏡がブラックホールの画像における微妙な違いを検出し、代替重力理論を評価できると提案している。Event Horizon Telescopeの後継機は、極端な重力環境での一般相対性理論からの変動を明らかにするかもしれない。しかし、これらの違いを検出するには、数年にわたる広範なデータ収集が必要となる。
Event Horizon Telescopeは最近、ブラックホールの周辺の最初の画像を提供し、極端な重力に支配された領域の解像度を向上させた。この進歩は、一般相対性理論が量子力学と互換性がなく、暗黒物質を説明できないことを考慮すると、重力の本質についての疑問を引き起こす。研究者たちは、ブラックホール環境が代替重力理論の微妙な違いを増幅し、次世代望遠鏡が一部のモデルを排除できる可能性があると提案している。
上海とCERNの4人の物理学者からなるチームは、Event Horizon Telescope以前の分析を再検討し、将来の能力を評価した。彼らは回転するブラックホールに焦点を当て、フレームドラッグが光の経路を曲げる領域を扱った。研究者たちは、「一般相対性理論は、そのような領域の画像が、光子が観測者に到達する前に[ブラックホールの]半軌道の数で区別される一連の入れ子状のリング状画像からなることを予測する」と述べている。光子リングの測定は、強い定常曲率を探求できる。
パラメトリックなKonoplya–Rezzolla–Zhidenko計量を使用し、チームは2つのパラメータを0から1まで変化させ、一般相対性理論の標準的なKerr計量に加えて4つの重力変種を作成した。流体力学シミュレーションは、3次元環境をモデル化し、流入物質、磁場、ジェットを考慮した。結果の画像は、非対称的な明るいリングを示し、回転により一方がより明るい。違いが現れた：一つの変種は最小だが最も明るいリングを生み、もう一つは側面間のコントラストを減らし、ジェットの幅が変化した。
「画像には明らかに違いが存在する」と研究者たちは結論づけ、「しかし、これらは[一般相対性理論]からの最も極端な偏差を考慮してもかなり小さい。」降着円盤の変化によるブラックホールの変動が検出を複雑化し、数年間の観測が必要となる。偏光やスペクトルマップなどの追加データが理論を区別するために不可欠かもしれない。次世代Event Horizon Telescopeのアップグレードと宇宙ベースの機器による協調キャンペーンが、重力研究を進展させる可能性がある。
この研究はNature Astronomy (2025)に掲載される。DOI: 10.1038/s41550-025-02695-4。