二周波画像を用いてブラックホール周辺プラズマ物理を解明（Scientists Use Dual-Frequency Images to Explore Black Hole Plasma Physics）

2026-07-21 中国科学院（CAS）

中国科学院上海天文台（SHAO）を中心とする国際研究チームは、イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）と全球ミリ波VLBIアレイが2018年に取得したM87ブラックホールの1.3 mmと3.5 mmの観測データを統合し、事象の地平線スケールで世界初となる二周波スペクトル解析を実施した。その結果、空間分解されたスペクトル指数マップを作成し、ブラックホール周辺のプラズマの物理状態や放射特性の変化を詳細に可視化した。ブラックホール近傍ではスペクトル指数が正でシンクロトロン自己吸収の影響が強く、距離が離れるにつれて指数は低下し、光学的に薄い放射状態へ移行することが判明した。この遷移はブラックホールから約30マイクロ秒角の位置で生じ、3.5 mm画像で観測されたリング構造の半径と一致したことから、リングは単なる見かけの形状ではなく、事象の地平線近傍のプラズマ状態を反映する物理的構造であることが示唆された。今後は多周波・高感度・時間分解観測の進展により、降着流やジェット形成、強重力場における放射機構の理解がさらに深まると期待される。

Spatially resolved spectral-index map of the M87 black hole on event-horizon scales. (Image by SHAO)

＜関連情報＞

M87の事象の地平線スケールにおける空間分解スペクトル特性 Spatially Resolved Spectral Properties of M87 on Event Horizon Scales

Shan-Shan Zhao, Ru-Sen Lu, Rocco Lico, Yuh Tsunetoe, and Sijia Peng
The Astrophysical Journal Letters Published: 2026 July 20
DOI:10.3847/2041-8213/ae84ca

Abstract

The supermassive black hole at the center of the nearby radio galaxy M87 (M87*) is a prime target for studying black hole physics. Spatially resolved spectral measurements on event-horizon scales can reveal the origin of the emission and probe the plasma and gravitational environment in the immediate vicinity of the black hole. Here, we present an analysis of spectral properties based on nearly simultaneous high-resolution images at 3.5 mm (86 GHz) and 1.3 mm (230 GHz), obtained in 2018 with the Global Millimeter Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Array including ALMA and the Greenland Telescope, and the Event Horizon Telescope. We obtain the first spatially resolved spectral-index map (S_ν ∝ ν^α) within the compact region (≤100 μas). We further detect a robust radial gradient with a modest rise in the inner ≲20 μas (slightly inside the 1.3 mm ring), followed by a systematic decline at larger radii. The spectral index transitions from positive to negative values near ∼30 μas, close to the 3.5 mm ring radius, consistent with frequency-dependent synchrotron opacity in the innermost accretion flow. These results provide new observational constraints that can help discriminate between models of the horizon-scale emission and the launching of relativistic jets in M87*.