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矮小銀河のブラックホールは中心にあるとは限らない

Posted by moonrainbow on 10.2019 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
矮小銀河のブラックホールは中心にあるとは限らない

矮小銀河のひとつ「UGC 5497」
矮小銀河のひとつ「UGC 5497」。こうした小さな銀河の巨大ブラックホールは中心にあるとは限らないようだ(Credit: ESA/NASA)

天の川銀河をはじめ、銀河の中心には超大質量ブラックホールが存在するとみられていますが、矮小銀河と呼ばれる小さな銀河については研究の途上にあります。今回、矮小銀河の中心から外れたところに巨大なブラックホールが見つかったとする研究成果が紹介されています

■銀河の縁に近いところで電波を発している場合も

モンタナ州立大学のAmy Reines氏らは、全天の4分の1をカバーするサーベイ観測プロジェクト「スローン・デジタル・スカイサーベイ(SDSS)」の観測データからピックアップした約4万3700個の矮小銀河を対象に、アメリカの「カール・ジャンスキー超大型干渉電波望遠鏡群(VLA)」による高解像度の電波観測を実施しました。

VLAの観測データを精査したところ、最終的に13個の矮小銀河において「活動銀河核」と思われる電波源が確認されました。強い電磁波を放つ銀河核である活動銀河核の活動はブラックホールが支えていると考えられていることから、これらの矮小銀河には巨大なブラックホールが存在するとみられています。

ところが、ブラックホールが存在するとみられる電波源の位置を矮小銀河の画像に重ねてみると、その幾つかが矮小銀河の中心から離れたところに存在していることがわかりました。なかには矮小銀河の縁ぎりぎりのところに確認されたケースもあります


■別の銀河との相互作用によってブラックホールがさまよい出した?

13個の矮小銀河
今回の観測でブラックホールらしき電波源が見つかった13個の矮小銀河。光学的な銀河の中心(白い点線の円)と電波源の位置(赤い十字)が大きくずれているものがある(Credit: A. Reines et al.)

人類が初めて撮影に成功した楕円銀河「M87」の超大質量ブラックホールや、天の川銀河の超大質量ブラックホールとみられる天体「いて座A*(エースター)」は、各銀河の中心に存在しています。矮小銀河でも太陽の100万倍ほどの重さを持つ超大質量ブラックホールが中心に見つかっているものもありますが、すべての矮小銀河にあてはまるわけではないようです。

研究チームによると、今回の研究成果は「矮小銀河の巨大ブラックホールは銀河の中心に常在する必要はない」とする過去の研究を裏付けるものとなります。こうした中心から離れたところにある巨大なブラックホールは、矮小銀河が別の銀河と衝突や合体といった相互作用を起こした結果、本来の場所からさまよい出したのではないかとみられています


Image: A. Reines et al.
Source: aasnova

2019/11/5
Soraeより

最軽量級ブラックホールを連星系で発見

Posted by moonrainbow on 08.2019 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
太陽3個分よりも軽い? 

軽いブラックホール(左下)の想像図
今回見つかった軽いブラックホール(左下)の想像図。太陽の2~4倍の重さを持つ赤色巨星(右)と連星を成している(Credit: Ohio State image by Jason Shults)

恒星が超新星爆発を起こすと、そのあとには中性子星やブラックホールが残されることがあります。今回、超新星爆発によって誕生したとみられる恒星質量ブラックホールのなかでも、最軽量級のブラックホールを発見したとする研究成果が発表されました

■推定される質量は太陽の2.6~6.1倍

オハイオ州立大学のTodd Thompson氏をはじめとした研究チームが発見したのは、地球からおよそ1万光年離れたところにある恒星「2MASS J05215658+4359220」(以下「J05215658」)と連星を成しているとみられるブラックホールです。

観測によって求められたその質量は太陽のわずか3.3倍、誤差を含めると2.6~6.1倍の範囲におさまります。太陽の2~4倍の質量を持つ赤色巨星であるJ05215658は、このブラックホールを約83日の周期で公転しているとみられています。

研究チームによると、これまで質量が詳しく判明した恒星質量ブラックホールのうち、最小のものは太陽の5~6倍の重さを持っていました(これよりも軽いかもしれないブラックホールも見つかっています)。今回発見されたブラックホールは、その半分程度の質量しか持たない可能性が高いのです


■中性子星とブラックホールの中間を埋める存在?

中性子星の想像図
中性子星の想像図。ブラックホールとの境界はまだ確定していない(Credit: Mark Garlick/University of Warwick)

どちらも超新星爆発によって誕生すると考えられているブラックホールと中性子星、その境目となる質量がどれくらいなのかは、まだはっきりとした答えが得られていません。

2019年9月には、太陽のおよそ2.17倍の重さを持つ中性子星を発見したとする発表がありました。これは中性子星の上限と予想されている「太陽の2.5倍」という質量に近い、観測史上最も重い中性子星です。他の星との合体などによって上限の質量を超えた中性子星は自身の重力に耐えられず、潰れてブラックホールになると考えられています。

いっぽう、今回発見されたブラックホールの重さは最小で太陽の2.6倍しかなく、中性子星の上限とみられる質量にかなり近いことがわかります。

今回のブラックホールは、全天の4分の1をカバーするサーベイ観測プロジェクト「スローン・デジタル・スカイサーベイ(SDSS)」の一環としてアパッチポイント天文台が実施した10万個に及ぶ恒星の観測データと、20基の天体望遠鏡で全天を観測しているネットワーク「ASAS-SN」の観測データを分析したことで発見に至りました。

「これまで知られていなかった低質量のブラックホールを特定できた」と語るThompson氏。同程度の質量を持つ軽い恒星質量ブラックホールがより多く見つかれば、ブラックホールや中性子星の性質をより深く理解することにつながるでしょう


Image: Ohio State image by Jason Shults

2019/11/1
Soraeより

渦巻銀河「NGC 1068」で逆向きに回転するガスと塵の円盤

Posted by moonrainbow on 28.2019 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
ブラックホール急成長の謎を解く鍵に? 逆向きに回る塵とガスを観測

渦巻銀河「NGC 1068」
渦巻銀河「NGC 1068」の中心部にあるとされるブラックホール周囲の想像図。円盤の色(青、赤)はアルマ望遠鏡によって捉えられた回転方向を示す(Credit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.)

南米・チリの電波望遠鏡「アルマ望遠鏡」が、超大質量ブラックホールの周囲を逆向きに回転するガスと塵の円盤を発見しました。この発見は、宇宙の初期から存在する超大質量ブラックホールの謎を解く鍵になるかもしれません

■コンパクトな領域で逆向きに回転する円盤

観測の対象となったのは、地球からおよそ4700万光年先、「くじら座」にある渦巻銀河「NGC 1068」。シャルル・メシエによって名付けられた「M77」の名でも知られています。この銀河の中心部分にも天の川銀河のように超大質量ブラックホールが存在するとされていますが、今回その周囲をアルマ望遠鏡によって観測したところ、互いに逆方向に回転する2つの円盤が見つかったのです。

ブラックホールに近い内側の円盤は2~4光年ほどのサイズを持ち、銀河の全体と同じ向きに回転しています。いっぽう、その外側には4~22光年ほどの範囲に広がるもう1つの円盤があり、内側の円盤とは逆方向に回転していることがわかりました。

銀河どうしが衝突したり小さな銀河を捕獲したりするときのように、数千~数万光年という銀河全体が含まれるようなスケールでは、逆向きに周回する現象はめずらしくありません。しかし、ブラックホールに流れ込むガスや塵などの物質が形成する降着円盤は、通常であれば同じ方向だけに回転します。

観測結果をまとめたアメリカ国立電波天文台(NRAO)のViolette Impellizzeri氏が「このようなものを観測するとは思わなかった」と語るように、数十光年というコンパクトなスケールではめずらしい現象です


■ブラックホールの急成長が説明できるかもしれない

ブラックホール周囲の観測結果
アルマ望遠鏡によるブラックホール周囲の観測結果。円盤の色は、青が地球に向かって動く部分、赤が地球から遠ざかるように動く部分を示す。砂時計状の白い部分は内側の円盤から噴き出すジェットを示す(Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), V. Impellizzeri; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello.)

Impellizzeri氏によると、逆向きに回転するガスや塵の円盤は不安定な状態にあるため、同じ方向だけに回転する円盤よりも速やかにブラックホールへ落ちていくといいます。つまり、同じ量の物質がブラックホールに流れ込む場合、逆回転する円盤が存在するケースでは、ブラックホールが急速に成長する可能性があるというのです。

これまでの観測によって、この宇宙が誕生してから10億年しか経っていない頃、すでに超大質量ブラックホールが存在していたことがわかっています。ところが、太陽の数十億倍という途方もない重さまでブラックホールが成長するには、従来の理論では10億年でも時間が足りないとされており、ブラックホールの急成長は初期宇宙の謎のひとつに数えられています。

今回の発見によって、何らかの理由で降着円盤の一部が逆向きに回転する場合、不安定な円盤が崩壊することでブラックホールが急成長する可能性が観測から示されました。初期宇宙に存在していた超大質量ブラックホールも、こうした円盤が存在したことで急速な成長を遂げたのかもしれません


Image: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

2019/10/16
Soraeより

ラックホールが衝突したときに生じる音色

Posted by moonrainbow on 10.2019 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
史上初、ブラックホールが衝突したときに生じる音色の抽出に成功(米研究)※要音声

ラックホールが衝突

鐘をハンマーで叩けば、金属の振動が反響してカーンと鳴り響く。例えば格闘技の試合で使われるゴングや、打楽器の銅鑼(どら)などがそうだろう。実はブラックホールとブラックホールが衝突して新しくブラックホールが誕生したときも似たような現象が生じるらしい

 だが、それは音波ではなく、宇宙に波紋のように広がる重力波です。そうした重力波はいくつかの音で構成される和音のようなものなのだとか。

 一般相対性理論によれば、そこにはブラックホールの質量やスピンをうかがい知るための情報が含まれている。

 今回、また新たなる相対性理論の試金石となった研究において、和音を構成する個々の音色を解析する方法が考案されたとのことだ。

 そして史上初めて、和音からふたつの音を検出することに成功。これは既存の技術では不可能とされてきた快挙であるそうだ


「ブラックホール無毛定理」を直接検証した初の実験的測定
 
突然だが、ブラックホールには毛がないそうだ。はて、いったい何のことだろう?

 一般相対性理論によれば、ブラックホールで観測可能な量は、質量とスピン(正確には質量、電荷、角運動量)のみである。

 この特性のことを「ブラックホール無毛定理」という。

 これは米物理学者ジョン・アーチボルト・ホイーラーが「ブラックホールには毛がないので、それぞれを区別できない」と表現したことにちなんだものだ。

 今回の研究で質量とスピンがブラックホールの唯一検出可能な特性であると推測することができたようで、やはりブラックホールには毛がないらしい。

 そして、このことは一般相対性理論の正しさがまたも証明されたということでもある。

 米マサチューセッツ工科大学の物理学者マキシミリアーノ・イシ氏は、

私たち全員が一般相対性理論は正しいだろうと予測していたが、こうしたやり方で理論が確認されたのは初めてのこと。これは「ブラックホール無毛定理」を直接検証することができる初めての実験的測定だ。

でも、ブラックホールには絶対に毛が生えないことを意味するわけではない。ブラックホールは毛のない状態でまた一日を過ごしたということだ、と語る


衝突したブラックホールの音は?
 
さて、話題の “衝突” は、2015年9月に史上初めて検出された重力波「GW 150914」を生じさせたもの。この重力波を音波に変換してみたところ、水中で気泡が弾けたかのような音になったという。その音は以下の動画で確認することができる

The Sound of Two Black Holes Colliding



 ふたつのブラックホールがひとつに合体したちょうどそのとき、新しく誕生したブラックホールはほんの束の間だけ振動し、微かな重力波を周囲に投げかける。

 この現象はリングダウンと呼ばれているのだが、これまでは衝突で発生した重力波がピークを迎えた後では、微弱すぎて検出も解析もできないだろうと考えられていた。

 以前、イシ氏らはシミュレーションを通じて、重力波がピークを迎えた直後、リングダウンには耳障りな倍音が含まれているだろうと予測した。

 そして、この倍音という文脈において衝突で発生した音を解析したところ、新ブラックホールが鳴り響かせている音色を抽出することができた。

 そこでイシ氏らは、この成果を「GW 150914」に応用してみた。すると、やはり鳴り響く音色の抽出に成功し、それどころかふたつの別個の音(別個の振動周波数)まで特定することができた。

 米コーネル大学のサウル・テウコルスキー氏によると、

これは驚くべき結果だ。従来の常識ならブラックホールの余韻が落ち着いてしまえばどんな音を検出できても倍音はほぼ完全に消失してしまっているだろうとされていたのだからとのこと。

 だが、実際はメインの音が可視化される前であっても、倍音を検出可能であることがわかったのだ


ラックホールが衝突1
image credit:Pixabay

次世代のテクノロジーをでリングダウンの検出がさらに容易に
 
アインシュタインは、リングダウンの音の高さと減衰は新しく誕生したブラックホールの質量とスピンの直積であろうと予測している。

 そこで研究チームが、ふたつの音の高さと減衰から質量とスピンを算出してみたところ、従来の計測値と一致した。

 つまりブラックホールのリングダウンの倍音検出は、既存の技術によって可能であることが証明されたのだ。

 今後登場する次世代のテクノロジーならば、いっそう容易にリングダウンを検出できるようになるだろう。

 イシ氏は、将来的には、地上や宇宙にもっと高性能の検出器が設置されるようになるだろう。そうなれば、ふたつどころか、数十もの検出が可能で、その特性をピンポイントで特定できるようになるはず。

もしこれらがアインシュタインが予言したようなブラックホールではなく、なおかつワームホールやボソン星のようなエキゾチックな天体がたくさんあるのならば、同じようには鳴らないかもしれないが、それを見るチャンスだってあるだろう、とコメントしている。

 この研究は『Physical Review Letters』(9月12日付)に掲載された


2019年10月01日
カラパイアより

恒星がブラックホールに引き裂かれる様子

Posted by moonrainbow on 06.2019 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
NASAの宇宙望遠鏡は見ていた! 恒星がブラックホールに引き裂かれるレアな現象

ブラックホールに引き裂かれて降着円盤になった恒星の想像図
ブラックホールに引き裂かれて降着円盤になった恒星の想像図

NASAは2019年9月27日、数億光年先の銀河で恒星がブラックホールに引き裂かれる様子を、系外惑星探査衛星「TESS」がキャッチしたことを明らかにしました

■天の川銀河での発生確率は1万年~10万年に1回

この現象が観測されたのは、地球からおよそ3億7500万光年先にある銀河「2MASX J07001137-6602251」の中心部。2019年の1月29日、超新星を発見するために20基の天体望遠鏡で全天を観測しているネットワーク「ASAS-SN」によって、最初に増光現象が確認されました。

発生された場所は、当時TESSが観測を行っていたエリアの中でした。TESSは太陽系外惑星を発見するべく、空の同じ場所を27日間ずっと観測し続けます。そのため、TESSの観測データは、超新星爆発のように短期間で明るさが変化する現象を詳細に調べる上でも役立ちます。

データを解析したところ、ASAS-SNが増光をキャッチするよりも早い1月21日には、TESSによって明るさの変化が捉えられていました。その様子は超新星爆発のように突然明るくなるのではなく、徐々に明るさを増していることから、銀河中心部の超大質量ブラックホールによって恒星が引き裂かれ、ブラックホールの周囲を取り巻く降着円盤になる過程を観測したものと判断されたのです。

こうした現象は、天の川銀河ほどの大きさの銀河では1万年から10万年に1回の頻度で起こると考えられていて、過去の観測例も40ほどしかありません。超新星爆発が起こるのは100年に1回とされていますから、その100分の1から1000分の1しか起こらないレアな現象なのです


■引き裂かれる原理は潮の満ち引きと同じ

恒星を引き裂いたのは、超大質量ブラックホールがもたらす潮汐力です。潮汐力は地球でも潮の満ち引きをもたらすものとしておなじみですが、太陽の数百万倍もの重さを持つ超大質量ブラックホールの周囲では、近付いた天体が引き伸ばされて破壊されてしまうほどの強さになります。潮汐力によって天体が壊される現象は、潮汐破壊と呼ばれます。

こちらはNASAが今回の観測内容を紹介するために作成した動画。10秒目あたりから、ブラックホールに接近した恒星が潮汐破壊され、降着円盤に至る様子が描かれています


TESS Catches its First Star-destroying Black Hole



今回観測された潮汐破壊をもたらした超大質量ブラックホールの重さは、太陽の600万倍と推定されています。いっぽう、破壊された恒星は太陽と同じくらいの大きさだったとみられています。

ガンマ線バースト観測衛星「スウィフト」の紫外線観測データによると、破壊された恒星の残骸の温度は、数日間で摂氏4万度から2万度へと急速に低下していました。研究を主導したThomas Holoien氏によると、こうした早期の温度低下が潮汐破壊で確認されたのは初めてのことだといいます。

また、NASAでスウィフトの観測に携わるS. Bradley Cenko氏は「今回のように早い段階からの観測は、潮汐破壊をめぐる謎の答えを得るのに役立つだろう」とコメントしています


Image Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

2019/9/27
Soraeより
 

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