科学者らは、銀河系の中心にある超大質量ブラックホールから宇宙規模の風が吹いている証拠を発見し、天文学の長年の謎の一つが解ける可能性があると述べている。
アーク A* は、太陽約 400 万個分の質量を持つ超大質量ブラックホールで、50 年以上科学界を困惑させてきました。物理法則によれば、他のブラックホールと同様に、この物体は物質を消費するだけでなく、一部を風やジェットの形で排出する必要があります。しかし、射手座のA○は妙に静かだった。何十年にもわたる調査にもかかわらず、科学者は2万年以上前に遡る風噴火の痕跡しか収集できず、それより最近のものは何も収集できませんでした。
「これは、私たちに最も近く、最もよく研究されているブラックホールです」と、イリノイ州エバンストンにあるノースウェスタン大学の研究助手、マーク・ガースキーは述べた。 「それは、私たちが周囲のすべての物理学を解明して見ることができるにもかかわらず、魂が存在しないように見えるということです。宇宙のすべてのブラックホールは同じように動作しますが、私たちに最も近いブラックホールは異なります。それは大きな問題でした。」
5年間の観察を経て、グルスキー氏とノースウェスタン大学の物理学・天文学助教授レナ・ムルチコバ氏は現在、行方不明の霊の兆候を発見したと信じている。このペアは、ブラック ホールの周囲領域の非常に詳細な画像を作成しました。グルスキーとマルチコワは、画像の中に冷たいガスのない大きな円錐形の空間があることに気づきました。
6月4日にThe Astrophysical Journal Lettersに掲載されたこの発見に関する研究の筆頭著者である研究者らによると、この特徴は物体自体から直接吹き出す高温ガスの風によってのみ形成された可能性があるという。
「ブラックホールの風はヘアドライヤーのように作用します」とグルスキー氏は言う。 「暖かく乱流した空気を、濡れた髪のような冷たくて密度の高い物質に吹き込みます。風は熱くて強いので、濡れた髪を温めて水分を吹き飛ばし、濡れた髪を少し動かしますが、頭から髪を完全に吹き飛ばすほど強くはありません。」同様に、ブラックホールからの風に含まれる高温ガスは、周囲の冷たいガスを除去することによって明確な痕跡を残した、と研究は示唆した。
イベントホライズン望遠鏡 (EHT) によって撮影された射手座 A* の画像。 – イベントホライゾンテレスコープ
科学者たちはこれまでに、他の銀河の中心にある超大質量ブラックホールから、タイトジェットと広範囲の風の両方の形で同様の流出を観察している。研究には関与していないメリーランド大学カレッジパーク校の天文学教授クリストファー・レイノルズ氏によると、これらの流れは、ブラックホールがホスト銀河にどのようにエネルギーを引き込み、その成長を制御するかについて重要な部分であるという。
「私たちの超大質量ブラックホールを見ると、これらの流れは本当にとらえどころがないことが証明されています。これまでのところ」と彼は電子メールで書いています。 「この研究は、私たちの銀河の超大質量ブラックホールからの風が周囲の塵やガスを通して押し出されたという、かなり説得力のある事例を示しています。彼らは実際に風そのものを見たわけではありませんが、その存在は非常に明らかです。世界で最も高感度の電波望遠鏡からのほぼ5年分のデータを非常に慎重に分析する必要がありました。これは本当の強制ツアーです。」
風が弱い
ブラックホールは、光さえもそこから逃れることができないほど強い重力を持つ天体です。ほとんどの大きな銀河には、太陽の数十億倍の質量に達する超大質量ブラックホールが中心にあります。小さなブラックホールは大きな死んだ星の残骸ですが、超大質量星の起源はよくわかっていません。
事象の地平線と呼ばれるブラックホールの境界から逃れることはできません。しかし、ブラックホールの周りを渦巻いている物質は、摩擦や潮汐力によって加熱され、発光し、電波やX線を放出することがあります。ブラックホールにガスが供給されると、その物体は風やジェットの形で粒子を放出し、それらの粒子はほぼ光の速度で移動し、宇宙まで最大数千光年移動します。 1 光年は光が 1 年間に進む距離で、5 兆 8800 億マイル (9 兆 4600 億キロメートル) です。
チリにあるアタカマ大型ミリ波/サブミリ波アレイまたはアルマ電波望遠鏡を使用して、グルスキー博士とモチコバ博士は、A* アーク周囲の冷たいガスのこれまでで最も詳細な地図を作成し、天体からのすべての電波干渉を除去しました。残ったものは、長さ約 3 光年、開口角 45 度の空間を示し、ブラック ホール自体に戻りました。
研究者らはその後、NASAのチャンドラX線天文台を使って、この領域の冷たいガスが銀河の中心から来る熱いプラズマ、つまり帯電したガスによって削られているということを確認した。「もし冷たいガスが熱いプラズマの前か後ろにあったとしても、強い相関関係は存在しないだろう」とグルスキー氏は述べた。 「風に乗って移動する粒子を直接検出することはできませんでしたが、風の方向とエネルギーを推測することはできました。」
NASA チャンドラ画像のモザイクは、画像の中心近くの明るい白い点の内側にある射手座 A* を中心としています。 – NASA/CXC/UMass/D。王ら。
ゴースキー氏によれば、A* アークが 1970 年代に初めて観測されて以来、風の存在の発見に半世紀以上もかかっている主な理由は 2 つあります。 1 つ目は、地球と銀河系の中心の間にあるガスや塵を透視できるほど機器が進歩したのは今になって初めてです。 2 つ目は、A* アークが静かな期間にあるため、風が弱くなり、検出が非常に困難になることです。超大質量ブラックホールは、周囲の物質の供給に応じて、活動期と静止期を繰り返すのが一般的です。
「我々の結果は基本的に、このブラックホールにも風があることを意味するので、それは不思議なことではなく、一般的なブラックホールの物理学は我々の予想通りに機能する」とムルチコワ氏は語った。 「しかし、風が非常に弱かったため、風を見つけるのは困難でした。ブラックホールからの弱い風はこれまで見たことがありませんでした。」
他の銀河の超大質量ブラックホールの観測により、非常に強力なジェットが明らかになっているが、このような現象はまれである、とムルチコワ氏は付け加えた。ほとんどの場合、ブラックホールは静かな状態にあり、小さな突風が吹くだけですが、「花火が上がらない」ため、検出するのはさらに困難です。
研究者らは現在、風の影響を完全に診断するために、冷たいガスマップをより広い地域に拡張することを計画している。研究チームはまた、ブラックホールに接近するガスの「動画」を作成して、雲がどのように動くかを確認し、ブラックホールがどれだけのガスを消費するかを推定できるようにしたいとも考えている。
刺激的な発見
オハイオ州立大学天文学部のダン・ウィルキンス研究教授によると、超大質量ブラックホールがどのようにして風を発生させるのかはまだ解明されていないが、科学者らはおそらく、その軌道上でガスが回転するときにブラックホールの周囲で磁場が回転する仕組みによるものではないかと考えているという。ウィルキンス氏は研究には関与していなかった。
「私たちの銀河内でブラックホールによって風が吹いている証拠を見ることは、これらの風がどのようにして動かされるのかを理解する新たな方法を提供するだけでなく、超大質量ブラックホールが急速な成長の活発な段階を経ていないときでも、依然としてそのホスト銀河に風を送る能力があることを示している」と彼は電子メールで書いた。
ブラックホールからのジェットと風は物理学の教科書であり、科学者は多くの超大質量ブラックホールがそれらを宇宙に放出するのを観察してきました。イェール大学の天文学物理学のジョセフ・S・プロトンとソフィア・S・プロトンのプリヤンバダ・ナタラジャン氏は、電子メールで、銀河の中心ブラックホールをついに捕らえることができたことは「興奮している」と語った。ナタラジャン氏も研究には参加しなかった。
「A* アークは長年、銀河中心の天体物理学にとって大きな不満でした。詳細に研究できるほど近いのに、頑固に静かで、風がないようです」と彼女は言う。 「この記事はその状況を解明します。これが、忍耐強く深い観測による天文学が成果を上げたときの姿です。」
ナタラジャン氏は、まだ多くの未解決の疑問が残っているが、発見論文としては当然のことだと付け加えた。 「著者らはコミュニティに注目すべき新しい情報を提供しており、今後のフォローアップは充実するだろう」と彼女は語った。
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