肉食系ブラックホール
 これまでの研究から、多くの銀河の中心部には太陽質量の約百万倍から約百億倍という巨大な質量を抱えたブラックホールが存在することがわかってきた。

 ブラックホールは強い重力によってあらゆる物質を吸い込む、宇宙で最も謎めいた天体として有名だ。その周辺構造を直接観測してブラックホールの活動メカニズムを解明することは現代天文学における究極的課題の1つとなっている。

 一部の巨大ブラックホールは極めて活動が激しく、物質を吸い込むと同時に強力な「噴射」も観測されている。「ジェット」と呼ばれるこの現象はブラックホール近傍から噴出されたガスが光速の99%以上の速度で数千~数万光年にもわたって宇宙空間を突き進む宇宙最大級の高エネルギー現象である。

 この種のブラックホールはいわば「自己主張」がはっきりしているので、ブラックホール自体は輝かずとも、こういった周囲の活動現象を手がかりにブラックホール自体の性質を探ることが可能だ。


 国立天文台の研究チームは、このようなパワフルなジェットを噴出する巨大ブラックホールを「自らを積極的に周囲(観測者)にアピールする」という意味で「肉食系」巨大ブラックホールと呼んでいる。


 草食系ブラックホール
 ところがこのような肉食系はごく少数派で、実は宇宙に存在する巨大ブラックホールの大多数では大規模なジェットが未だ見つかっていない。

 この種の巨大ブラックホールは光度や活動性が弱いものが多いため観測が難しく、肉食系と比較してその生態の多くが未だ謎に包まれている。私たちの住む天の川銀河の中心に潜む巨大ブラックホールもこの仲間。研究チームではこのような巨大ブラックホールを肉食系に対して自己アピール控えめな「草食系ブラックホール」と呼ぶことにした。

 宇宙の多数派を占める草食系巨大ブラックホールの生態を明らかにしたい。それが今回の研究チームの目標である。草食系にもジェットは存在するのか?それとも肉食系だけが持つ特別な能力なのか?
 この疑問を解決することはブラックホールの活動メカニズムを紐解く上で大変重要な手がかりとなるのだ。


 草食系の代表ソンブレロ銀河
 我々は今回地球から約2900万光年離れたところにある「ソンブレロ銀河」に着目した。ソンブレロ銀河はおとめ座方向に位置する地球から最も近い銀河の1つで、宇宙で最も美しいとの呼び声高い大変有名な渦巻銀河である(ソンブレロ、という名はその形状がソンブレロ帽に似ていることに由来します)。

 この銀河の中心部には太陽質量の約10億倍という宇宙最大クラスの草食系巨大ブラックホールが存在することが知られており、将来のブラックホール直接撮影の最有力候補の1つとしても注目されている。

 しかしながら活動性の弱い草食系の代表格ゆえ中心部の観測は難しく、ブラックホール周辺の詳しい構造は未だ明らかになっていなかった。ハッブル宇宙望遠鏡の解像度をもってしても中心部にはジェット等の目立った構造はこれまで確認されていません。一般にジェットは可視光より電波で明るいという性質があるためハッブルと同程度の解像度を持つ電波望遠鏡でも観測されているが、中心部はやはり微弱な点源状にしか映らない。

 ソンブレロ銀河の中心で身を潜める草食系ブラックホールの姿を暴くにはどうしたらよいか?天文学者につきつけられた課題は、これまで以上に「ブラックホールに肉薄する高い解像度(視力)で観測」し、かつ「微弱な信号を鮮明に検出する」、この2点を同時に克服することでした。


 世界最高!位相補償VLBI観測
その方法が、全米10台の電波望遠鏡から構成される世界最大級のVLBI専用観測網「Very Long Baseline Array」を利用することと、ソンブレロ銀河の中心部を位相補償VLBI観測という、地球大気によるゆらぎを除去する技術で観測することだった。

 観測の結果、ソンブレロの巨大ブラックホール周辺の微弱構造を約140マイクロ秒角(1度角の約2600万分の1)の解像度で検出・撮影することに世界で初めて成功した。

 これはハッブル宇宙望遠鏡の約400倍の解像度であり、シュバルツシルト半径(ブラックホールによる重力が強く光さえ脱出できなくなる半径)の僅か数十倍程度の領域にまで迫る空前の解像度。これほどまでブラックホール本体に肉薄する撮影が成功したのは天の川銀河を除く草食系ブラックホールでは初めてのことである。

 さらに今回の高解像度撮影の結果、全長わずか1光年程度と非常に小規模ながらブラックホール近傍から南北2方向に向かってガスが対称的に噴出する様子を捉えることにも初めて成功。


 ジェット噴出を発見
 南北のガスの明るさの比率などを詳しく調べたところ、光速の約20%程度以下の速度で北側のガスが我々に向かって近づいている、逆に南側のジェットが我々から遠ざかる方向に噴出していることが明らかになった。これはハッブルなどの解像度では決して明らかすることができなかった新事実である。

 今回の発見は巨大ブラックホールの生態解明にとって非常に重要な結果。ソンブレロ銀河のような草食系ブラックホールにも規模は小さいながら、肉食系と同じような噴出流が存在していた。草食系は宇宙の大多数を占めるわけだから、本結果は「ガス噴射」は多くの巨大ブラックホールが抱える共通の能力であることを示唆している。


参考 国立天文台:ソンブレロ銀河の中心に潜む巨大銀河を見た 


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