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超巨大ブラックホール

子持ち銀河のブラックホールは消化不良?それでも消滅しない超巨大ブラックホールの不思議

 超大質量ブラックホール

 銀河系(天の川銀河)を含むほとんどの銀河の中心には、超大質量ブラックホールが存在すると考えられている。超大質量ブラックホール(Supermassive black hole)は、太陽の10の5乗倍から10の10乗倍程度の質量を持つブラックホールのことである。

 宇宙には我々の住む銀河系の他にも無数の銀河があり、その中にはアンドロメダ銀河やM32、M51といったおなじみの銀河も含まれている。銀河の中心部付近の恒星やガスの動きから超大質量ブラックホールの存在が確実視されているもの多くある。いわゆる活動銀河やクエーサーと呼ばれるものの大部分では、ブラックホールに落ち込むガスから放出されると考えられる大量のX線が超大質量ブラックホールの存在を示している。

 宇宙からのX線は、地球の大気に吸収されてしまうことから人工衛星で観測する必要がある。アメリカのマサチューセッツ工科大学を中心とするグループが、1970年12月ケニアから打ち上げたX線観測衛星“ウフル”によって、数々の天体を継続的に観測し、X線の発生源が中性子星や超新星の残骸、パルサーであることを突き止めた。数々の天体の中からはくちょう座X-1のX線データは不規則で激しく変化し、どのデータにも当てはまらず科学者達はブラックホールを発見する。


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新しいタイプの銀河発見!超大質量ブラックホールからの風で、星の形成を妨げられた銀河「レッドガイザー」

 星の形成を妨げる超大質量ブラックホールからの風

 銀河には、主に楕円型・渦巻型(渦巻・棒渦巻)・レンズ状を含む不定形がある。ハッブル分類はこれをより包括的に記述した分類である。しかしあくまで外観上の特徴を捉えた考察であるため、スターバースト銀河のように星形成の程度や活動銀河のような活発な中心部を持つものなど、おのおのの重要な特性を反映していないという指摘もある。

 今回、星形成が行われておらず中心部の超大質量ブラックホールから時おり風が吹き出すという特徴を持つ、「レッドガイザー」と呼ばれるタイプの銀河の観測から、星形成を妨げる原因となる銀河中でのガスの加熱が超大質量ブラックホールからの風によって引き起こされていることが明らかになった。

 近傍宇宙では、若い青い星が少ないため赤く見える、星形成が行われていない銀河が大半を占めている。しかし、こうした星形成が不活発な銀河の中には、星形成に必要な材料となるガスはじゅうぶん存在しているにもかかわらず星形成が行われていない銀河もある。どのようなメカニズムで星形成が停止しているのかは謎であり、天文学者を長年悩ませてきた。


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ブラックホールはどこまで大きくなる?小規模銀河群に太陽の170億倍の超大質量ブラックホール発見!

 ブラックホールの大きさ

 ブラックホールの大きさはどのくらいだろうか?ブラックホールの大きさと言っても、ブラックホールの重さによって違う。そこで、ここでは太陽と同じ重さのブラックホールを考える。

 この宇宙ではふつうの星やブラックホール以外にも、白色矮星や中性子星といった天体も存在する。そこでこれらの天体の大きさも比べることにする。白色矮星も中性子星も、太陽と同じ重さの場合を考える。

 太陽は地球の109倍の大きさがあるが、地球とほぼ同じ大きさが白色矮星と呼ばれる星である。太陽のような比較的軽い星は最後には、このような地球サイズの白色矮星になる。


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初観測!超巨大ブラックホール(いて座A*)の磁場は、からまったスパゲティ構造だった

 銀河系の中心ブラックホール いて座A*

 ブラックホール (black hole) は謎の多い天体である。極めて高密度かつ大質量で、強い重力のために物質だけでなく光さえ脱出することができない。

 そのため、ブラックホールを直接的な観測を行うことは困難である。しかし他の天体との相互作用を介して間接的な観測を行うことができる。すなわち、近くに恒星などが存在した場合、その成分の一部がブラックホールに向かって落下し、この時X線を周期的に発生することがわかった。

 最近、多くの銀河の中心に巨大ブラックホールが存在することがわかってきた。例えば、いて座A*(いてざエー・スター)は、我々銀河系の中心にある明るくコンパクトな天文電波源である。いて座A*には太陽の370万倍の質量を持った巨大なブラックホールが存在すると考えられている。


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私たちは巨大ブラックホールの衝突を目撃する!超巨大ブラックホールはどこまで成長?

 超巨大ブラックホールの成長

 銀河を観測すると、1000万程度の星で成り立つ矮小銀河から、100兆個の星々を持つ巨大な銀河まである。これら星々は恒星系、星団などを作り、その間には星間物質や宇宙塵が集まる星間雲、宇宙線が満ちている。ほとんどの銀河では質量の約90%をダークマターが占める。

 現在では明るい銀河の大部分は超大質量ブラックホールを持っているが、そのうちの多くは質量があまり多く降着せず、活動的でないと考えられている。これは、いくつかの銀河で見つかる活動銀河の根源的な動力と考えられ、銀河系もこの一例にあたると思われる。また、球状星団や矮小銀河の中心に大質量のブラックホールがあるかどうかははっきり分かっていない。

 ブラックホールはどこまで成長するのだろうか?やがて宇宙全体がブラックホールに吸収されることになるのだろうか?


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