ノーベル賞研究に先んじていた野辺山電波天文台の成果

　2020年のノーベル物理学賞は、ブラックホール研究に貢献した欧米の３人に贈られる（論座『「ブラックホール」でまとめたノーベル物理学賞』真貝寿明）。実はブラックホールの存在を示唆する観測では日本人チームが大活躍した。その成果は、今回の受賞者たちより早く発表されている。四半世紀も前に、超大質量ブラックホールに肉薄した日本人がいたのである。ノーベル賞選考委員会に文句を言うつもりはない。ただ、日本チームの研究がいかに大きな意義を持つものだったのか、日本の皆さんにぜひ知っていただきたいと思う。

ブラックホールを「観測」する三つの方法

　銀河の中心は特別な場所である。明るく輝いているのだが、そこにあるのは非常に重いブラックホールである。超大質量ブラックホール、Super Massive Black Hole、略してSMBH。ほぼ100%の天文学者が、銀河の中心は「SMBHがある特別な場所」だと信じている。ところが、確証がない。SMBHはブラックなので、見えないからだ。天文学者はなんとかしてSMBHを見つけようと半世紀近く奮闘してきた。

　では、どうしたらブラックホールの存在を確認できるだろうか？

　SMBHの質量は太陽質量の100万倍から100億倍もある。ところが、小さい。例えば、太陽質量の1億倍でも、半径は3億kmしかない。太陽系に置いてみると、木星軌道の内側にすっぽり入ってしまう。

　黒くて小さいものを「見る」のに頼りになるのは「重い」ということだけになる。これを頼りにすると、可能な方法は「力学的に見る」ことである。つまり、次の二つの方法である（下の図1の左と中央）。

(A) ブラックホール周辺の星の運動で見る
(B) ブラックホール周辺のガスの運動で見る

　そして、もう一つ、「明るい背景光に浮かぶシルエットとして見る」方法がある（図1右）。

(C) ブラックホール・シャドウを見る

　昨年4月、イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT：事象の地平線望遠鏡）のチームが、おとめ座銀河団にある巨大楕円銀河M87の中心にあるSMBH（質量は太陽質量の65億倍）をブラックホール・シャドウとして撮影するのに成功し、大きな話題となった。これについての解説は、『巨大ブラックホールの謎』（本間希樹、講談社ブルーバックス、2017年）や『ついに見えたブラックホール：地球サイズの望遠鏡がつかんだ謎』（谷口義明、丸善出版、2020年）で読むことができる。

　しかし、オーソドックスな方法は「力学的に見る」ことだ。これはブラックホールの周辺にある星やガスの運動を調べ、ブラックホールがなければ説明できないことを示す方法である。今回のノーベル賞受賞者たちは、天の川銀河（銀河系）の中心部にある「いて座A*」と呼ばれる電波源の周りの星々の運動を長期間にわたって観測し、太陽質量の約400万倍の質量を持つSMBHがあることを突き止めた（ただし、受賞理由は「supermassive compact object＝非常に重いコンパクト天体」の発見となっており、ブラックホールという言葉は用いられていない）。

　これら二つの成果に先立ち、1990年代初頭に最初に大きな成果をあげたのは、方法（B） による観測だった。それが日本人チームによる研究だったのだ。

野辺山で観測したNGC4258銀河の水分子ガス

　長野県に野辺山宇宙電波観測所がある（1982年開所）。口径45mの大パラボラアンテナは宇宙からの電波（とミリ波）を受信する。これにつけられた分光器（電波を波長ごとに分解して強度を測る装置）が凄かった。非常に広い帯域を一挙に観測できる分光器（8台連装）だったからだ（図2）。この超広帯域分光器は故・海部宣男（元・国立天文台長）が主導して製作したものだ。口径は世界一、そして分光器も世界一。野辺山宇宙電波観測所は一躍、世界の桧舞台に躍り出たのだ。

　開所当時からここに勤務していた中井直正（現・関西学院大学教授）は、この分光器を使って、