[論文レビュー] The Milky Way's Supermassive Black Hole: How good a case is it? A Challenge for Astrophysics & Philosophy of Science

A. Eckart, Andreas Huettemann+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2017

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 31被引用数 32

ひとこと要約

この論文は、観測データ、理論的モデル、および哲学的枠組みを用いて、さくら座A*が特大質量ブラックホールであるという証拠を評価する。現在の星の軌道、X線および赤外線の変動、および将来のVLBIおよび重力波観測からの証拠は、SMBH仮説を強く支持しているが、その根拠は依然として不十分であり、因果関係がその科学的正当性を評価するうえで中心的役割を果たす。

ABSTRACT

The compact and, with 4.3+-0.3 million solar masses, very massive object located at the center of the Milky Way is currently the very best candidate for a supermassive black hole (SMBH) in our immediate vicinity. The strongest evidence for this is provided by measurements of stellar orbits, variable X-ray emission, and strongly variable polarized near-infrared emission from the location of the radio source Sagittarius~A* (SgrA*) in the middle of the central stellar cluster. If SgrA* is indeed a SMBH it will, in projection onto the sky, have the largest event horizon and will certainly be the first and most important target of the Event Horizon Telescope (EHT) Very Long Baseline Interferometry (VLBI) observations currently being prepared. These observations in combination with the infrared interferometry experiment GRAVITY at the Very Large Telescope Interferometer (VLTI) and other experiments across the electromagnetic spectrum might yield proof for the presence of a black hole at the center of the Milky Way. It is, however, unclear when the ever mounting evidence for SgrA* being associated with a SMBH will suffice as a convincing proof. Additional compelling evidence may come from future gravitational wave observatories. This manuscript reviews the observational facts, theoretical grounds and conceptual aspects for the case of SgrA* being a black hole. We treat theory and observations in the framework of the philosophical discussions about (Anti)Realism and Underdetermination, as this line of arguments allows us to describe the situation in observational astrophysics with respect to supermassive black holes. Questions concerning the existence of supermassive black holes and in particular SgrA* are discussed using causation as an indispensable element. We show that the results of our investigation are convincingly mapped out by this combination of concepts.

研究の動機と目的

• さくら座A*が特大質量ブラックホールであるという観測的および理論的証拠の強さを評価すること。
• 特大質量ブラックホールに関する天文学的主張における不十分性と現実主義の哲学的課題を検討すること。
• EHT、GRAVITY、および重力波探査機からの将来の観測が不確実性をどのように解消するかを評価すること。
• 因果推論と科学的正当性の観点から、特大質量ブラックホールの存在をフレームワーク化すること。

提案手法

• 星の軌道、変動するX線放射、およびSgrA*からの偏光近赤外放射の観測データを分析する。
• 不十分性および（反）現実主義の哲学的概念を用いて、天文学的証拠を解釈する。
• 因果関係を、証拠がブラックホールの存在を正当化するかどうかを評価する中心的基準として用いる。
• EHTおよびGRAVITYのような計画された実験と、多波長観測の結果を統合する。
• 観測的制約の文脈におけるブラックホール行動の理論的モデルを検討する。
• 実証的データと概念的分析を組み合わせて、ブラックホール存在の科学的正当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 さくら座A*が特大質量ブラックホールであるという証拠は、科学的証明と見なせるほど十分か？
• RQ2 不十分性や現実主義といった哲学的概念は、天文学的観測の解釈にどのように影響を与えるか？
• RQ3 因果関係は、ブラックホールの存在を確認する基準としてどの程度有効に機能するか？
• RQ4 EHT、GRAVITY、および重力波探査機からの将来の観測は、さくら座A*に関する主張にどのような影響を与えるか？
• RQ5 複数の観測技術の一致は、ブラックホール検出における不十分性問題を解消できるか？

主な発見

• 4.3±0.3百万太陽質量のコンパクトで質量の大きな天体は、特大質量ブラックホールとして最も強く支持される候補である。
• 星の軌道測定、変動するX線放射、および偏光近赤外放射が、SgrA*がブラックホールであるという現在最も強い証拠を提供している。
• イベントホライズン望遠鏡のVLBI観測は、イベントホライズンを直接像写真として撮影する上で決定的となる見込みである。
• 将来の重力波観測所は、特大質量ブラックホールの存在を裏付ける追加の説得力ある証拠を提供する可能性がある。
• 不十分性と因果関係の哲学的枠組みは、現在の観測的正当性の限界を明確にするのを助ける。
• 膨大な証拠が蓄積されても、さくら座A*がブラックホールであるという主張は依然として不十分であり、さらなる観測的および概念的吟味の必要性を浮き彫りにしている。