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中間質量ブラックホールを発見

Posted by moonrainbow on 06.2020 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
中間質量ブラックホールが存在する証拠が発表される

中間質量ブラックホール
中間質量ブラックホールに飲み込まれつつある恒星を描いた想像図(Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser)

ブラックホールはその質量によって軽いほうから「恒星質量ブラックホール」「中間質量ブラックホール」「超大質量ブラックホール」の3種類に分類されています。今回、観測するのが難しいとされる「中間質量ブラックホール」が存在する確かな証拠をつかんだとする研究成果が発表されました

■質量は太陽の5万倍、破壊された矮小銀河の名残とみられる星団に存在

Dacheng Lin氏(ニューハンプシャー大学、アメリカ)らの研究チームによって中間質量ブラックホールの可能性が高いとされたのは、欧州宇宙機関(ESA)のX線天文衛星「XMM-Newton」の観測データから発見されたX線源「3XMM J215022.4-055108」(以下「J2150-0551」)です。

研究チームによると、J2150-0551は地球からおよそ7億4000万光年離れたレンズ状銀河のすぐ外側にあり、太陽の5万倍以上の質量を持つ中間質量ブラックホールとされています。J2150-0551から放たれたX線はXMM-NewtonをはじめNASAのX線天文衛星「チャンドラ」や「スウィフト」でも検出されており、中間質量ブラックホールに近づきすぎたことで引き裂かれ、ブラックホールに飲み込まれつつある恒星のガスからX線が放出されたものとみられています。

J2150-0551はレンズ状銀河の中心からは離れた方向に検出されたため超大質量ブラックホールの可能性は低く、研究チームは2018年の時点でJ2150-0551が発見例の少ない中間質量ブラックホールの候補であると考えていましたが、天の川銀河のなかにある天体がX線の発生源である可能性もあったため、さらなる確認が必要でした。

そこで研究チームは「ハッブル」宇宙望遠鏡を使い、J2150-0551の追加観測を実施しました。その結果、J2150-0551が天の川銀河の天体ではないことや、レンズ状銀河の近くにある星団の内部に位置することが確認されました。この星団はかつて存在していた矮小銀河の名残であり、過去にレンズ状銀河と相互作用したことで破壊され、中心部分だけが残ったものと研究チームでは考えています。

中間質量ブラックホールは超大質量ブラックホールよりも軽く、周辺のガスや星を絶えず引き寄せ飲み込むほどには重力が強くないため活動性が低いことから、観測するには恒星がたまたま近づき破壊されるのを待たねばならなかったといいます。研究に参加したNatalie Webb氏(トゥールーズ大学、フランス)は、中間質量ブラックホールの起源や進化を理解することは、超大質量ブラックホールが存在する理由を解き明かすことにつながるとコメントしています


J2150-0551周辺の様
ハッブル宇宙望遠鏡の掃天観測用高性能カメラ(ACS)で撮影されたJ2150-0551周辺の様子。J2150-0551は中央下の白丸で囲まれた星団に位置する(Credit: NASA, ESA, and D. Lin (University of New Hampshire))

Image Credit: ESA/Hubble, M. Kornmesser

2020-04-01
Soraeより

宇宙初期のブラックホール

Posted by moonrainbow on 30.2020 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
宇宙初期のブラックホールは合体を繰り返した末に急成長していた?

超大質量ブラックホールを描いた想像図
超大質量ブラックホールを描いた想像図(Credit: NASA/JPL-Caltech)

宇宙はおよそ138億年前に誕生したとされていますが、それから10億年近くが経ったおよそ130億年前には、すでに太陽の10億倍以上もの質量がある超大質量ブラックホールが存在したとみられています。今回、これほど早い時点で超大質量ブラックホールが誕生し得た理由に迫った研究成果が公開されています

■数多くのブラックホールや中性子星の合体をきっかけに急成長した可能性

ブラックホールは主に周囲のガスを取り込むことでより大きな質量へと成長していきますが、そのペースはブラックホールの質量に左右されると考えられています。しかし、初期の宇宙に存在していたとみられる超大質量ブラックホールは本来のペースよりも速く成長した可能性があり、成長の様子を探る研究が進められてきました。

今回、Lumen Boco氏(先端研究国際大学院大学(SISSA)、イタリア)らの研究チームがブラックホール急成長の理由をシミュレーションによって解析したところ、重い恒星の超新星爆発によって誕生した恒星ブラックホール(※)や中性子星の合体が銀河の中心部で繰り返されたことがきっかけとなり、本来のペースを超えて急速に超大質量ブラックホールへと成長した可能性が示されました。

研究チームによると、初期の銀河で形成された恒星ブラックホールや中性子星は、高密度な星間物質がもたらす力学的摩擦によって減速され、銀河の中心に向かって落ち込むように移動することになるようです。超新星爆発を経てブラックホールや中性子星に進化するような恒星は寿命も短く、急速に星々が形成された初期宇宙の銀河では数多くのブラックホールや中性子星が銀河の中心で合体した可能性があります。

研究の結果、わずか5000万年から1億年ほどの期間があれば、合体によって太陽の1万~10万倍の質量があるブラックホールへと急速に成長できることが明らかになったといいます。質量が増えればブラックホールがガスを取り込んで成長するペースも速まるため、宇宙誕生から8億年後という早い時期に超大質量ブラックホールが存在できた可能性も説明できると研究チームは考えています。

なお、今回の研究成果を検証するために、初期宇宙の銀河で発生したブラックホールや中性子星の合体にともなう重力波を検出することにも研究チームは言及しています。銀河中心のブラックホールが比較的小さなうちの合体は、現在稼働している「LIGO」「Virgo」や、欧州で建設が検討されている次世代の重力波望遠鏡「Einstein Telescope(アインシュタイン望遠鏡)」で検出できる可能性があるようです。また、2034年に打ち上げ予定の宇宙重力波望遠鏡「LISA」を用いれば、成長して質量が大きくなってからの合体も観測できるだろうとしています


Image Credit: NASA/JPL-Caltech

2020-03-26
Soraeより

いて座A*に異変が?

Posted by moonrainbow on 26.2020 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
天の川中心に鎮座する超大質量ブラックホールが活発化していることが判明(ベルギー研究)

私たちが暮らす銀河系

私たちが暮らす銀河系――その中心には「いて座A*」という超大質量ブラックホールが鎮座しています。ブラックホールと聞くと、手当たり次第に周囲のものを吸い込む宇宙の破壊者のようなイメージがあるが、いて座A*についてはそうではないのです。少なくとも、周囲の物質をむさぼり、とんでもなく明るく輝く銀河核「活動銀河核」には分類されていないのです

 ところが、このほど、いて座A*のX線フレアがここ数年で増加していることが確認されたそうだ。

 リエージュ大学(ベルギー)の研究者を中心とするグループの観察によれば、2014年8月31日以来、明るいフレアが生じる頻度は3倍に増えたとのことだ

高エネルギーのフレア発生率が増加

 2017年、同研究グループは、XMM-ニュートン、チャンドラ、ニール・ゲーレルス・スウィフトが1999~2015年に観測したいて座A*のX線データを分析。2014年8月以降もっとも明るいX線フレアが増加していること、ならびに2013年8月以降もっとも暗いフレアが減っているという結果を発表した。

 そして今回は、こうした傾向が現時点でも続いているのかどうかを確かめるために、2016~2018年のデータ分析も試みられた。

 その結果、前回検出された合計107のフレアに加えて、さらに14のフレアが検出されたという。合計では121のフレアが観測されたことになる。

 なお、今回の研究では前回の分析手法と併せて、それを修正した手法での分析も行われている。ここからは前回発表された「暗いフレアの発生頻度が減っている」という結論は間違っていることが判明したという。

 それでも、全体的な結論は変わらないとのことで、もっとも明るく、もっとも高エネルギーのフレアはどうやら増加している模様だ


私たちが暮らす銀河系1
いて座A* / NASA/CXC/MIT/F. Baganoff, R. Shcherbakov 

いて座A*に異変が?
 
この2つの研究は、X線フレアのみを分析したものだが、いて座A*に何か異変が起きていることは窺える。

 実際、昨年には、このブラックホールにおいて、通常より75倍も明るい近赤外線フレアが観測されている。この波長においては観測史上最大の明るさだ。

 また2003年以降に観測された133の夜の分析からは、3つの夜でいて座A*の近赤外線フレアの活動が上昇したことが確認された。これは歴史的なデータと比べると前代未聞のことであるそうだ。

 さらに2019年の観測でも4つの明るいフレアが検出されている。一度の観測セッションで検出されたものとしては最大の回数で、同ブラックホールがまだ落ち着いていないことの証左であるようだ


私たちが暮らす銀河系2
Elen11/iStock

異変は今後も続くのか?

 こうした事態の原因が何で、今後も続くのか? これらについて結論を出すには、さらに複数の波長の観測データが必要になるそうだ。

 さしあたってはいて座A*が地球から2万6000光年離れていることを覚えておこう。この異変が人類を滅亡に追いやるようなことはない――はずだ。

 この研究は『Astronomy & Astrophysics』に受理されており、現時点(2020年3月19日)では『arXiv』で閲覧することができる


2020年03月20日
カラパイアより

宇宙観測史上最大の爆発を確認

Posted by moonrainbow on 07.2020 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
巨大ブラックホールが原因と天文学者

観測史上最大規模の爆発
CeeditNASA

(NASA)ブラックホールによるものとみられる観測史上最大規模の爆発が起きたことがわかりました

地球から3億9000万光年離れた宇宙で、ブラックホールによるものとみられる観測史上最大規模の爆発が起きたことがこのほど明らかになりました。

爆発により、当該の空間に存在する高温のガスには火山の噴火に伴うクレーターに相当する痕跡が出現しました。米海軍調査研究所の天文学者によれば、宇宙最大の爆発で生まれたこの「クレーター」は、天の川銀河15個分の大きさだという事です。

爆発は、へびつかい座銀河団の中心で発生した。銀河団は宇宙で確認されている中で最も大きい構成単位であり、そこでは重力の影響によって数千個に及ぶ銀河の集団が形成されています。

天文学者らは、ある大型の銀河の中心部分に位置する超大質量ブラックホールが今回の爆発を引き起こしたとみています。この銀河は、銀河団全体の中心付近に存在しているという事です。

ブラックホールには物質をのみこむだけでなく、それらを吹き飛ばす働きもあります。通常それは、物質の噴出や放射という形態をとります。今回の爆発の規模は、これまで最大にして最も強力とされていた爆発の5倍に達したとみられます。

天文学者らは、NASAのチャンドラX線観測衛星やオーストラリアの電波望遠鏡MWAなど、地上と宇宙で運用する複数の望遠鏡を駆使して爆発を観測しました。

2016年にもチャンドラX線観測衛星を使った観測で、同じブラックホールからの物質の噴出でできたとみられる「空洞」が見つかっていました。しかしこの時は、空洞のあまりの大きさから、ブラックホールが原因とは考えにくいとする結論が出ていたのです


2020年2月28日
CNNより

超光速運動

Posted by moonrainbow on 16.2020 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
M87のブラックホールからのジェットは光速の99%以上

M87の中心ブラックホールの影
イベント・ホライズン・テレスコープが撮影したM87の中心ブラックホールの影。ハワイの創世神話「クムリポ(Kumulipo)」にちなみ「ポヴェヒ(Powehi、「装飾が施された深遠な暗い創造物」の意)」という名前が付けられた(提供:EHT Collaboration)

巨大楕円銀河M87の中心に存在する超大質量ブラックホールから噴出するジェットがX線で観測され、噴出する粒子の運動速度が光速の99%以上であることが確かめられました。ジェットの見かけ上の速度は、最大で光速を約6倍も超えています

2019年4月、おとめ座の巨大楕円銀河M87の中心に存在する超大質量ブラックホールの影(ブラックホールシャドウ)が史上初めて撮像されたと発表され、大きな話題となった)。

M87の中心ブラックホールは太陽の65億倍もの質量を持っています。その周囲に近づいた物質はブラックホールを取り巻く降着円盤を形成し、物質の一部がブラックホールへと落ち込むと、磁力線に沿ってブラックホールから細いジェットとなって噴き出します。この長く伸びたジェットは以前から、様々な電磁波で観測されてきました。

米・ハーバード・スミソニアン天体物理センターのBradford Sniosさんたちの研究チームはNASAのX線天文衛星チャンドラで、このジェットを繰り返し観測しました。その結果、2012年と2017年の観測データから、ジェット中の一部分がブラックホールから遠ざかるように移動している様子がとらえられました


M87のブラックホールから噴出するジェットのX線画像
M87のブラックホールから噴出するジェットのX線画像。右下は2012年と2017年の5年間でジェットの一部が移動し暗くなっている様子を示したもの。(提供:NASA/CXC/SAO/B.Snios et al.)

詳しく調べると、ブラックホールから900光年離れた塊は見かけ上の速度が光速の6.3倍、2500光年離れた塊は2.4倍で運動している。これは「超光速運動」と呼ばれる現象で、物質がこちら向きに、光速に近い速度で移動する際に見られるものです。また、900光年離れたほうの塊からのX線は、5年間で約70%弱くなっていました。

超光速運動はこれまでにも電波や可視光線で観測されていましたが、この運動がX線で観測されたことと、塊からのX線が弱くなっていることは、間違いなくジェットを構成する粒子そのものが光速の99%以上で移動していることを示す重要な成果です。X線が弱く暗くなった理由は、粒子が磁場の周りで回転運動することでエネルギーを失ったためと考えられている。「私たちの研究で、M87から噴き出すジェットの粒子が光速に近い速度で移動していたことを示す、これまでで最も強力な証拠が得られました」(Sniosさん)。

チャンドラが観測したジェットの全長は1万8000光年にも及び、ブラックホールシャドウよりもはるかに大きい範囲を見ている。また、チャンドラが見ているのは数百年から数千年前にブラックホールから噴出したジェット中の物質であり、これはブラックホールシャドウが見せた観測当時のブラックホールの姿の、はるか昔の様子を知る手がかりを与えてくれるものです。チャンドラの観測は、ブラックホールシャドウの観測を補うという点でも重要な成果です


2020年1月9日
AstroArtsより
 

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