科学者たちは、時空渦の明確な証拠を初めて捉えた。この現象は、1世紀以上前にアインシュタインによって予測されたが、これまで直接観測されていなかった。 Science Advances誌に掲載されたこの研究は、ブラックホールが時空の構造そのものを歪め、近くの物質をぐらぐらと動かす可能性があることを示している。
この効果は、ランス ステアリング歳差運動またはフレーム ドラッグとして知られています。この現象は、水の中で渦を生み出すコマのように、高速で回転するブラック ホールが周囲の時空を引きずることによって発生します。この現象は、重力を単純な引力ではなく、質量とエネルギーによって引き起こされる時空の湾曲として説明するアインシュタインの相対性理論に由来しています。
中国国立天文台が主導し、カーディフ大学の支援を受けた研究チームは、AT2020afhdと呼ばれる潮汐破壊現象を研究した。潮汐破壊現象は、星がブラックホールに近づきすぎ、強力な重力によって引き裂かれるときに発生します。この出来事では、星が超大質量ブラックホールによって破壊されました。ブラックホールは太陽の数百万倍または数十億倍もあり、通常は銀河の中心に位置します。星の残骸は降着円盤を形成します。降着円盤は、重力の影響で内側に螺旋を描く、極度に高温のガスと破片からなる回転構造です。同時に、プラズマと高エネルギー粒子の強力なジェットがほぼ光の速度で外側に放出されます。
研究者らは、X線信号と電波信号の変化を追跡することで、降着円盤とジェットが約20日の周期で一緒に揺れていることに気づいた。 X線は、ブラックホール近くの非常に高温の物質によって生成される高エネルギーの電磁放射であり、一方、無線信号は、天文学者がジェット、磁場、および高エネルギー粒子を研究するために使用する長波放射です。この同期した動きはまさに理論が予測しているものですが、これほど詳細に確認されたことはこれまでにありません。
共著者であるカーディフ大学のコジモ・インチェラ博士は、この研究はランス・テーリング歳差運動に関するこれまでで最も説得力のある証拠を示していると説明した。この歳差運動では、コマが周囲の水を引きずって渦を形成するのと同じように、ブラックホールが時空を引きずっているという。
この研究により、重要な科学的背景が追加されました。理論とシミュレーションは、ブラックホール近くの時空の極端な曲率が光と物質の経路を曲げ、強い相対論的力の影響下で降着円盤とジェットの歳差運動効果を引き起こすことを長い間示してきました。これらの影響は、重力が強い場合、または物質が光速に近い速度で移動する場合に顕著になります。この事件を特に際立たせているのは、明確な観察証拠である。研究チームは、X線と無線信号の19.6日の準周期的変動を報告した。この変動は繰り返されるが完全に規則的ではなく、X線の振幅が通常の10倍以上強いというものである。ほぼ同時に起きた変化は、両方の放射線発生領域を制御する共通のメカニズムを示している。
降着円盤ジェットのランス・ティアリング歳差運動モデルはこれらの変化を再現することができ、データは関与するブラックホールが低スピン型であり、多くの相対論的モデルで予測される急速に回転するブラックホールよりもゆっくりと回転していることを示した。この研究では、潮汐破壊現象中に短期間の電波変化が見られることも発見されたが、これはこれまでに見られたことのない現象である。研究者らは、これは高周波電波監視の重要性を浮き彫りにしており、観測は短い時間間隔で頻繁に繰り返され、それによってブラックホールが周囲をどのように形作っているのかをさらに明らかにできる可能性があると述べている。
この発見は、1913年にアルバート・アインシュタインによって行われた予測を裏付け、その後1918年にジョセフ・ランスとハンス・ティエリングによって数学的に定義された。この発見は、ブラックホールの回転、物質がどのように巨大な物体に落ちてエネルギーを放出するかを研究する降着物理学、および回転する物質と磁場が高エネルギープラズマの狭い流れを宇宙に打ち上げるプロセスであるジェット形成を研究するための新たな道を開くものである。科学者にとって、宇宙で最も極端な物体によって時空そのものがどのように歪められるかを観察できる貴重な機会です。