科学者たちは、ブラックホールの影の高解像度画像を分析することでアインシュタインの一般相対性理論をテストする方法を提案している。彼らの新しいシミュレーションは、将来の望遠鏡の進歩が代替重力理論が正しいかどうかを明らかにする可能性を示唆している。この研究は、フランクフルトのゲーテ大学とツォン・ダウ・リー研究所の研究者らが主導し、Nature Astronomyに掲載される。
ブラックホールは、光を含むすべてを飲み込む宇宙の貪欲者として描写され、イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）コラボレーションによって画像化され、M87銀河と天の川銀河の超大質量ブラックホールを捉えています。これらの画像はブラックホール自体を示すものではなく、その周辺の高温の物質を示しています。「これらの画像で見えるのはブラックホール自体ではなく、その直近の高温物質です」と、発見に貢献したゲーテ大学フランクフルトのルチアーノ・レゾッラ教授が説明します。物質が事象の地平線外で回転し、引き込まれる前に検知可能な光信号を発します。
アインシュタインの一般相対性理論は、100年以上にわたり基礎をなすもので、ブラックホールとその事象の地平線を予測し、そこから何も逃れません。しかし、他の仮説的な理論もブラックホールを予測しますが、特定の物質特性を必要としたり、既知の物理法則に違反したりする可能性があります。「しかし、他のまだ仮説的な理論もブラックホールの存在を同様に予測しています」とレゾッラは指摘します。
Nature Astronomyに掲載された研究で、レゾッラと上海のツォン・ダウ・リー研究所の同僚らは、ブラックホールの影画像を使用してこれらの代替理論をテストする枠組みを概説しています。これには、影の半径を正確に測定するための高解像度画像と、アインシュタインの予測からの偏差の理論モデルが必要です。チームは3次元シミュレーションを使用してブラックホールの周囲の物質と磁場をモデル化し、輝くプラズマの合成画像を生成しました。
「中心的な質問は：さまざまな理論でブラックホールの画像はどれほど大きく異なるか？でした」と、主著者のツォン・ダウ・リー研究所のアキル・ウニヤル氏が言います。彼らは将来のより鮮明な画像で区別可能なパターンを特定しましたが、現在のEHT解像度は不十分です。さまざまな枠組みを包含するブラックホールの普遍的な記述が開発されました。
これまでの観測はアインシュタインの理論と一致し、M87と天の川銀河のブラックホールで裸の特異点やワームホールを排除しています。「EHTコラボレーションの天体物理学への最も重要な貢献の一つは、ブラックホールをテスト可能な物体に変えることです」とレゾッラは強調します。「確立された理論でさえ、ブラックホールの様な極端な物体で継続的にテストされなければなりません。」
EHTは、世界中の電波望遠鏡を組み合わせ、地球サイズの機器として機能し、解像度を向上させるための宇宙望遠鏡を含む拡張を計画しており、潜在的に1アーク秒の100万分の1未満で決定的なテストを可能にします。