오보!? 세계를 흥분시킨 블랙홀의 사진이 사실이 아닐 가능성

일본 국립천문대의 미요시 마코토 씨가 지적한 내용입니다.

결론부터 말하면, 블랙홀의 이미지는, 천체로부터 신호를 수집하는 과정에서 생긴 샘플링 바이어스(정보의 편향과 같은 것)에 의해 링의 형태로 보이고 있는 것은 아닌가?라는 것입니다.

이 블랙홀 사진은 지구 규모의 망원경 '이벤트 호라이즌 망원경'에 의해 촬영되었는데, 전 세계의 다양한 위치에 있는 망원경을 조합하여 각각 취득한 신호를 하나의 이미지로 구축하였다고 합니다.

얻어진 데이터의 총량은 수 페타바이트(100만 기가바이트)에 이르고, 이 데이터는 독일의 막스플랑크 전파천문학연구소와 미국 매사추세츠 덤불관측소에 설치된 전용 슈퍼컴퓨터에서 처리되었다고 합니다.

이러한 국제 협력으로 이미지를 만드는 일대 프로젝트였습니다.

이미지에 보이는 수수께끼의 꼬리

미요시 씨가 관심을 가지게 된 계기 중 하나가 블랙홀의 사진에 희미하게 비치는 4개의 꼬리.

이것을 직선으로 연결해주면 이런 느낌.

이 선의 폭이 블랙홀의 크기와 일치하는 것을 알 수 있습니다.

원본 데이터와 겹쳐 보면 이런 느낌.

늘어나고 있는 꼬리의 방향과 원본 이미지의 방향이 일치하고 있습니다.

유명한 제트가 보이지 않는 수수께끼

또 다른 계기는, 촬영된 이 M87라는 천체의 유명한 '제트'가 사진에 찍혀 있지 않다는 것입니다.

블랙홀은 강한 중력으로 물질을 흡입하는 한편, 광속의 99.99% 이상의 속도로 물질을 분사하는 '제트'라는 운동을 합니다.

그 유명한 제트가 보이는 이미지

이처럼 분명히 존재하는 제트의 모습이 이번 사진에서는 전혀 보이지 않습니다!

처음부터 데이터가 없기 때문에 도너츠형으로 보인다

이번 블랙홀을 촬영하는 데 사용한 것은 이벤트 호라이즌 망원경. 전 세계에 흩어진 망원경을 이용하여 측정을 하고 있었습니다.

각각의 관측 기계에서 얻을 수 있는 정보는 산발적으로 흩어져 있고, 그것들을 결합하여 하나의 이미지로 정리했습니다.

그 정보의 변화를 정리한 것이 아래의 그림입니다.

색상별로 나뉘어져 세로축은 각각의 신호 세기이고, 가로축은 관측된 신호의 종류를 나타내고 있습니다.

강도 높게 관측할 수 있는 점과 그렇지 않은 점에 변화가 있음을 알 수 있습니다.

아래의 그래프는 세로축은 취득한 데이터 샘플 수, 가로축은 데이터가 가지는 이미지에서의 폭을 보여줍니다.

위 그림에서 대체로 40 부근의 신호가 부족한 것을 알 수 있습니다.

사실 이 결여된 데이터의 부분이야말로 이번 블랙홀에서 보인 링의 폭에 해당합니다.

그러면 실제로 포착된 이미지를 확인하자.

이것은 우리가 본 적이 없는 이미지의 이전 처리 단계입니다.

그러면 중간에 검은, 신호가 적은 상이 떠올라 보입니다.

이와 같이, '정보가 없는' 것이, 마치 중간에 둥근 구조가 '있는 것 같이' 보이는 현상이 일어나고 있습니다.

정보의 부족이 초래한 오해

실제로 '측정하지 못한 것'과 '일어날 수 없는 것'의 사이에는 엄청난 차이가 존재한다는 것을 미요시 씨는 시사하고 있습니다.