Probing jet base emission of M87* with the 2021 Event Horizon Telescope observations
中間基線を用いた拡張された2021年のイベント・ホライズン・テレスコープの観測を用いて、本研究は、M87*において投影分離約5500 AUの地点に、約60 mJyの微弱なジェット基部放射成分を特定したが、より明るい放射の存在を否定しており、この検出は将来のより広範な基線カバレッジによる観測を待つ上限値として確立されている。
原論文は CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
銀河M87の中心にあるブラックホール、M87*を、宇宙の灯台として想像してみてください。長年、天文学者たちはその「影」（暗い中心部）と、その周囲を渦巻く明るい光のリングを鮮明に撮影しようと試みてきました。これは、暗闇の中で小さなコインを写真に撮ろうとするようなものです。
しかし、問題がありました。この灯台は、宇宙の彼方まで伸びる巨大なエネルギーのビーム（ジェット）を放出していることが分かっていました。ところが、イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）が2017年と2018年に撮影した写真では、エッジの部分が少しぼやけていました。それはまるで、カメラが光の一部を見逃しているかのようでした。具体的には、ブラックホールのすぐそば、ジェットが飛び出すまさにその場所から放たれる、かすかな輝きです。科学者たちはこれを「欠落したフラックス（missing flux）」と呼びました。実際には存在する約1 Jy（ジヤンスキー）の光が、望遠鏡のアレイがそれを捉えられるように設定されていなかったために、カメラには見えていなかったのです。
新しいカメラの設定
2021年、EHTのチームは「カメラ」をアップグレードしました。フランスの望遠鏡（NOEMA）とアリゾナの望遠鏡（Kitt Peak）という2つの新しい望遠鏡を追加したのです。これらの新しい望遠鏡を加えることは、遠くの物体を見ようとしているグループに、2つの新しい「目」を加えるようなものだと考えてください。
決定的なのは、これらの新しい目が、既存の望遠鏡に対して「中間的な長さ」の接続（基線）を作り出したことです。
- 旧設定： 非常に長い接続（微細な詳細を見るためのもの）と、非常に短い接続（巨大でぼやけた塊を見るためのもの）はありましたが、その中間がありませんでした。
- 新設定： 今回は、その「中間領域」を見ることができる接続、つまりジェットの発射台の特定のサイズを見ることができる接続を備えていました。
探偵の仕事
新しい望遠鏡があっても、視界は依然として少し希薄であるため、チームはジェットの基部を完璧に撮影できたわけではありません。そこで、彼らは「クローズド・フェーズ（閉鎖位相）」と呼ばれる巧妙なトリックを用いた探偵のように振る舞いました。
3人が三角形に立ち、それぞれがトランシーバーを持っている場面を想像してください。彼らは全員が聞き取った信号のタイミングを比較します。もし信号が完全に左右対称の光源（完璧なリングのようなもの）から来ているなら、タイミングの計算結果はゼロになります。しかし、もし横の方にわずかな余剰の光源がある場合、計算は一致しません。そこには「残差」や「こぶ」が残ります。
チームはこの「こぶ」を発見しました。データは、完璧なリングモデルだけでは不十分であることを示しており、中心から少しずれた場所に何か別のものがあることを示していました。
発見
この余剰の光を単純な「ガウス分布」（滑らかで、ぼやけた光の塊）としてモデル化した結果、チームは以下のことを突き止めました。
- 位置： その余剰の光は、ブラックホールのリングの南西に位置しています。これは、巨大なジェットが噴き出している方向と一致しています。
- 明るさ： それは非常に暗く、約60ミリジヤンスキーです。比較するために言えば、メインのリングが明るい電球だとしたら、このジェットの基部は、かすかなナイトライトのようなものです。
- サイズ： 幅は約180マイクロ秒角で、これは月の上からグレープフルーツを見た時のサイズに相当します。
これが何を意味し、何を意味しないのか
この発見は大きなニュースです。なぜなら、ついにジェットが始まる場所にピンを留めることができたからです。これは、以前の数年間で見られた「欠落した光」が、どこか別の場所にある巨大で目に見えない雲から来ているのではなく、まさにこの特定の場所から来ていたことを裏付けています。
しかし、著者たちは過度に煽らないよう、非常に慎重になっています。
- 「上限値」という注意書き： 新しい望遠鏡の接続が2つしかなかったため、チームはジェットの形状を詳細に描くことはできません。彼らにできるのは、「ここに微かな光の塊があり、それがこれより明るいということは決してない」と言うことだけです。
- 古い写真との矛盾なし： 彼らは新しい知見を2017年と2018年の写真と比較しました。その結果、古い写真も実は問題なかったことが分かりました。古い望遠鏡はこのかすかな光の塊を見ることができなかっただけで、当時の「リングのみ」のモデルは、それらの特定の望遠鏡が見ていた範囲においては依然として正しかったのです。新しいデータは、単に古いカメラが見逃していた、ごくわずかでかすかな詳細を付け加えたに過ぎません。
結論
アップグレードされた望遠鏡ネットワークを用いることで、天文学者たちはついに、M87*のジェットの基部にある、かすかな、ぼやけた輝きを検出しました。それは物理学が示唆する通りの場所（南西）にありますが、非常に暗いです。ジェットの形状を完全にマッピングすることはまだできませんが、彼らはそれが存在することを証明し、その明るさの厳格な上限を設定しました。それは、かつては見えなかった巨大な炉の、かすかな「試験灯」をようやく見つけたようなものです。
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