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銀河から噴出するジェットの根元が鮮明に!

Posted by moonrainbow on 27.2021 銀河   0 comments   0 trackback
EHTによる成果が発表される

電波銀河「ケンタウルス座A」(左下)の中心部分
【▲ 電波銀河「ケンタウルス座A」(左下)の中心部分、噴出するジェットの根元を電波で捉えた今回の観測成果(右上)を示した画像(Credit: Radboud University; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; EHT/M. Janssen et al.)】

「ケンタウルス座」の方向およそ1200万光年先にある銀河「ケンタウルス座A」は、大規模なジェット構造を持ち強い電波を放つ電波銀河のひとつです。ジェットは銀河の中心にある超大質量ブラックホールが噴出させていると考えられていて、ケンタウルス座Aに存在するとみられる超大質量ブラックホールの質量は太陽の5500万倍と推定されています。

今回、国際共同プロジェクト「イベントホライズンテレスコープ(EHT)」によって、ケンタウルス座Aから噴出するジェットの根元がこれまでになく高い解像度で観測され、その特徴が明らかになりました。EHTは「おとめ座」の楕円銀河「M87」の中心に存在する超大質量ブラックホールを撮影したことで知られています。研究成果はマックスプランク電波天文学研究所のMichael Janssen(ミヒャエル・ヤンセン)氏らの研究グループによって論文にまとめられました


電波銀河「ケンタウルス座A」(左下)の中心部分1
【▲ 左上:オーストラリアの電波望遠鏡「ATCA」とパークス天文台が観測したケンタウルス座Aのジェット全体像。右上:ヨーロッパ南天天文台(ESO)のMPG/ESO 2.2m望遠鏡、X線観測衛星「チャンドラ」、電波望遠鏡「APEX」の画像を合成したケンタウルス座Aの姿。右中:南半球の電波望遠鏡群「TANAMI」によるジェットの拡大像。下:EHTによる噴出するジェットの根元の拡大像(Credit: R. Bors; CSIRO/ATNF/I. Feain et al., R. Morganti et al., N. Junkes et al.; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiß et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; TANAMI/C. Müller et al.; EHT/M. Janßen et al.)】

こちらは様々な手段によって観測されたケンタウルス座Aを示した画像です。左上は電波で観測されたジェットの全体像で、天球上における見かけのサイズは満月の16倍にも達します。画像の右上と右中は過去のケンタウルス座Aの観測例を示したもので、左上のジェット全体像に対する倍率は右上が40倍(可視光・X線・電波で観測)、右中が16万5000倍(電波で観測)となっています。

そして今回、世界各地の8つの電波望遠鏡が連携したEHTによる観測(画像下)ではジェットの根元が6000万倍の倍率で捉えられ、その姿を詳細に描き出すことに成功したとされています。画像を見ると、左上と右下に向かって噴出するジェットは中央よりも端の部分のほうが電波で明るくなっていることがわかります


なお、スケールバーが示す「1光日」とは光が1日で進む距離(約260億km)のことで、太陽から地球までの距離の約173倍に相当します。今回の研究を率いたJanssen氏は「これにより初めて、光が1日で移動する距離よりも小さいスケールで銀河系外の電波ジェットを研究することができます」と語っています。

ブラックホールは周囲の物質をすべて引き寄せてしまうイメージがありますが、物質の一部はブラックホールへ落下せずにジェットとして放出されています。発表によると、ジェットが光速近くにまで加速されたり、消散せずに銀河自身よりも巨大なスケールまで広がったりする仕組みはあまり理解されておらず、EHTはこの謎の解明を目指しているといいます。

前述のように、EHTによるケンタウルス座Aの観測では、ジェットの中央よりも端のほうが明るいことが示されました。中央と端で明るさに差が生じる現象は他のジェットでも知られていたものの、ここまで顕著な差が見られたことはなかったといいます。この特徴はブラックホールによって生成されるジェットを理解する上で重要なものとみなされており、ヴュルツブルク大学のMatthias Kadler(マチアス・カドラー)氏は「ジェットの端が明るくなる現象を再現できない理論モデルを除外することができます」と語っています。

また、EHTによる観測の結果、ケンタウルス座Aの超大質量ブラックホールが存在するとみられる領域が特定されました。その実現には宇宙からの観測が必要とされていますが、将来この領域をより短い波長、より高い解像度で捉えることで、ケンタウルス座Aの超大質量ブラックホールを撮影できることが期待されています


Image Credit: R. Bors; CSIRO/ATNF/I. Feain et al., R. Morganti et al., N. Junkes et al.; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiß et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; TANAMI/C. Müller et al.; EHT/M. Janßen et al.

2021-07-20
Soraeより

銀河NGC 1275の超新星爆発

Posted by moonrainbow on 26.2021 銀河   0 comments   0 trackback
超大質量ブラックホールに給仕する超新星爆発

超大質量ブラックホールを取り巻く核周円盤
活動銀河核の超大質量ブラックホールを取り巻く核周円盤の想像図。円盤の中で発生する超新星爆発がガスの動きをかき乱して、ガスがブラックホールに落下していくと考えられる(提供:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))

銀河中心核の超大質量ブラックホールを囲むガス円盤の中で生まれた星が最期に起こす超新星爆発が、ブラックホールへの物質の落下をうながしている証拠が見つかった

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し、多くの場合でその周り数百光年以内には冷たい分子ガスが円盤状に回転しながら集まった「核周円盤」があることがわかっている。この円盤からブラックホールへガスが落下すると、摩擦で高温となって輝き、遠方からでも明るく見える活動銀河核となる。

ただ、公転する地球が太陽に落下しないのと同様、核周円盤のガスは回転しているため、そのままでは超大質量ブラックホールへ落下できない。ガスの回転を弱めてブラックホールへの降着を促すメカニズムについては、これまで議論の対象となっていた。

これまで提唱されていた仮説の中には、超新星爆発が落下の引き金となるというものがあった。核周円盤を形成する分子ガスは恒星の材料でもあるので、円盤の中ではさかんに星が形成され、その中で質量が大きなものは寿命を迎えると超新星爆発を起こす。この爆発で解放されたエネルギーが核周円盤の流れをかき乱し、ガスの角運動量を減らして中心核へ落下させるというわけだ。

国立天文台アルマプロジェクトの永井洋さんたちの研究チームは、この超新星仮説を初めて観測で裏付けることに成功した。

永井さんたちは地球から約2億3000万光年離れたペルセウス座銀河団の中心にある巨大楕円銀河NGC 1275をアルマ望遠鏡で観測し、太陽の1億倍もの質量を含む半径約300光年の核周円盤をとらえた。さらに、米国内10か所のアンテナを連動させて高い解像度を得るVLBA(超長基線電波干渉計)を使ってこの核周円盤を調べ、シンクロトロン放射を円盤の全体にわたって検出した


銀河NGC 1275の中心部
アルマ望遠鏡とVLBAで観測した銀河NGC 1275の中心部。(オレンジ)アルマ望遠鏡がとらえた中心のブラックホールを取り囲む分子ガス核周円盤、(青)VLBAがとらえた高エネルギー電子の分布(提供:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), VLBA, H. Nagai and N. Kawatatu)

シンクロトロン放射は電子が磁場の中を高速で運動するときに発生する電磁波で、ブラックホールから噴出されるジェットに伴うこともあるが、NGC 1275の場合は核周円盤そのものから放射されていると考えられる。シンクロトロン放射を生むような高速電子が円盤の中で放たれるとすれば、超新星である可能性が高い。VLBAは、かつて核周円盤で生じた超新星爆発の痕跡をとらえたのだ。

さらに、アルマ望遠鏡の観測データから分子ガスの運動の乱れを調べたところ、超新星爆発で生じると理論的に予測された乱流速度と一致していることもわかった。超新星がきっかけとなって核周円盤から超大質量ブラックホールへガスが流れ込むという仮説を強く裏付ける結果だ。

「アルマ望遠鏡とVLBAの高い解像度のおかげで、分子と高エネルギー電子という性質が大きく異なる2種類のガスを結びつけることに成功し、ブラックホールへの物質の降着を促す原因に迫ることができました。他の活動銀河核においても同様の研究を行うことで、超新星爆発とブラックホールへの物質の降着を促す原因の関係を、さらに明らかにできると考えています」(永井さん)


2021年7月20日
AstroArtsより

渦巻銀河「MCG+01-02-015」

Posted by moonrainbow on 28.2021 銀河   0 comments   0 trackback
孤独に浮かぶ銀河の姿、ハッブルが撮影した“うお座”のボイド銀河

渦巻銀河「MCG_01-02-015」
【▲ 渦巻銀河「MCG+01-02-015」(Credit: ESA/Hubble & NASA and N. Gorin (STScI), Acknowledgement: Judy Schmidt)】

こちらは「うお座」の方向およそ3億3000万光年先にある銀河「MCG+01-02-015」です。ぼんやりと光る様子は遠目には楕円銀河を思わせますが、中心部分を封じ込めるようにきつく巻き付いた渦巻腕は渦巻銀河の特徴であり、画像からは塵が豊富な暗いダストレーン(ダークレーン)が渦巻腕に沿うように分布している様子もわかります

ここにはMCG+01-02-015だけでなく、天の川銀河に属する3つの星(十字に輝くスパイク状の光をともなう)や、遠くの宇宙に存在する銀河が無数に写っています。どの銀河にも何かしらの個性があるという点を除けば、これまでsoraeが紹介してきた幾つもの銀河と比べて大きな違いはない画像のようにも思えますが、欧州宇宙機関(ESA)によるとMCG+01-02-015は孤独な銀河なのだといいます。

銀河は宇宙に均等には分布しておらず、銀河の集まりである銀河団が形作ったフィラメント状の構造に偏って分布しています。フィラメント状構造は広大な宇宙に網のように絡み合いながら連なっていて、網の目にあたる部分には物質が希薄なボイドと呼ばれる泡状の空間が直径1億光年以上に渡って広がっています。フィラメント状構造とボイドが形作る大きな構造は、宇宙の大規模構造と呼ばれています。

ESAによると、MCG+01-02-015は多くの銀河が集中するフィラメント状構造ではなく、銀河がまれにしか存在しないボイドに孤立して存在しているといいます。このような銀河は「ボイド銀河(void galaxy)」と呼ばれています。もしも天の川銀河が別の銀河から遠く離れたボイド銀河だったならば、人類は1960年代になるまで他の銀河の存在を知らなかったかもしれないとESAは解説しています


大規模構造のシミュレーション
【▲ 現在の宇宙における大規模構造のシミュレーション(一辺の幅は約3億光年)。青色は暗黒物質、オレンジ色はガスの分布を示す(Credit: Illustris Collaboration)】

冒頭の画像は「ハッブル」宇宙望遠鏡の「掃天観測用高性能カメラ(ACS)」による観測データをもとに作成され、ハッブル宇宙望遠鏡の今週の一枚「The loneliest of galaxies」としてESAから2015年11月9日付で公開されています

Image Credit: ESA/Hubble & NASA and N. Gorin (STScI), Acknowledgement: Judy Schmidt

2021-06-23
Soraeより

超淡銀河(超拡散状銀河)「NGC 1052-DF2」

Posted by moonrainbow on 26.2021 銀河   0 comments   0 trackback
向こうが透けて見える銀河「DF2」までのより正確な距離を算出、深まる謎

超淡銀河(超拡散状銀河)「NGC 1052-DF2」
【▲ 超淡銀河(超拡散状銀河)「NGC 1052-DF2」(Credit: NASA, ESA, STScI, Zili Shen (Yale), Pieter van Dokkum (Yale), Shany Danieli (IAS), Processing: Alyssa Pagan (STScI))】

こちらは「かみのけ座」の方向にある「NGC 1052-DF2」(以下「DF2」)と呼ばれる銀河です。DF2は天の川銀河と比べて同程度の幅がありながらも星の数は200分の1と少ない銀河で、輝度が乏しく全体的に淡く見える「ultra-diffuse galaxy」、日本語では「超淡銀河」や「超拡散状銀河」と呼ばれるタイプの銀河に分類されています

イェール大学のZili Shen氏やPieter van Dokkum氏らの研究グループは、DF2に関する新たな研究成果を発表しました。今回、研究グループは「ハッブル」宇宙望遠鏡の「掃天観測用高性能カメラ(ACS)」を用いてDF2に存在する赤色巨星およそ5400個を観測し、DF2までのより正確な距離を求めました。

発表によると、進化のある段階における赤色巨星は光度がほぼ一定となるため、距離の測定に利用することができるといいます。分析の結果、これまで6500万光年とされていたDF2までの距離は、新たな分析では1割ほど遠い7200万光年と見積もられています


■謎が深まるDF2の「暗黒物質がきわめて少ない」という特徴

従来の見積もりと比べてさらに遠く離れていることがわかったことで、DF2に関する謎がさらに深まったといいます。その謎は、今も正体が判明していない「暗黒物質(ダークマター)」に関連しています

銀河の回転と暗黒物質(ダークマター)
【▲ 銀河の回転と暗黒物質(ダークマター)(Credit: 創造情報研究所)】

銀河の質量のうち「通常の物質」(星々や私たちの身体を構成する物質、バリオン)が占める割合は少なく、大半は光(電磁波)で観測できない暗黒物質だと考えられています。暗黒物質は重力を介して通常の物質と相互作用するため、回転する銀河を構成する星々が散り散りになってしまうのを防ぐ役割を果たしているとみられています。また、遠くの銀河から発せられた光の進む向きが手前にある銀河や銀河団のもたらす重力によって曲がることで生じる「重力レンズ効果」の観測結果からも、暗黒物質の存在は確実視されています

暗黒物質(ダークマター)による重力レンズ効果
【▲ 暗黒物質(ダークマター)による重力レンズ効果(Credit: 創造情報研究所)】

ところが2018年、van Dokkum氏らの研究グループが「DF2は暗黒物質がきわめて少ない銀河だ」とする研究成果を発表しました。重力の影響を受ける星々の動きをもとに研究グループがDF2の質量を調べたところ、DF2には天文学者の予想に対して多くても400分の1しか暗黒物質が存在せず、目に見える通常の物質が大半を占めていることがわかったといいます。銀河に不可欠だと考えられてきた暗黒物質がほとんど存在しないとすれば、銀河の形成と進化に関する理論が再考を迫られることになるかもしれません。

この成果には異議を唱える声もあり、van Dokkum氏自身も「(他の研究者が)疑うのは正しいことだったと思います」と語っています。具体的には距離測定の精度が疑問視され、別の研究グループはDF2までの距離を4200万光年と算出しました。地球に近いほどDF2の実際の明るさはより暗く、サイズはより小さいことになるため、観測から導き出された銀河全体の質量を説明するには暗黒物質が必要になる、というわけです。

しかし、今回の赤色巨星を利用した距離測定ではDF2が従来の予想よりもさらに遠くにあることが示され、当初の成果を支持する結果が得られました。論文の筆頭著者であるShen氏は「このような銀河がいかにして存在するようになったのかに焦点を当てる時です」と語ります。

ただ、DF2の暗黒物質がきわめて少ない理由は依然として謎に包まれたままです。研究に参加したプリンストン高等研究所のShany Danieli氏は、同様に暗黒物質がきわめて少ないとされる「NGC 1052-DF4」とDF2がかつて同じ銀河のグループで同時期に形成された可能性があり、形成当時の環境に特別な何かがあったのかもしれないと言及しています。

また、DF2に関する研究成果は暗黒物質の存在そのものを否定するものでもありません。van Dokkum氏は「似たような銀河の一方には暗黒物質が存在しないように見え、もう一方には存在しているように見えるとすれば、それは暗黒物質が幻影ではなく、現実に存在することを意味するでしょう」とコメントしています


Image Credit: NASA, ESA, STScI, Zili Shen (Yale), Pieter van Dokkum (Yale), Shany Danieli (IAS), Processing: Alyssa Pagan (STScI)

2021-06-20
Soraeより

銀河Arp 299

Posted by moonrainbow on 20.2021 銀河   0 comments   0 trackback
合体する銀河Arp 299に存在する謎の「超大光度X線源」とは?

「Arp 299」の画像
【▲ チャンドラX線観測衛星のX線データ(ピンク)、NuSTARの高エネルギーX線データ(紫)、ハッブル宇宙望遠鏡の光学データ(白と薄い茶色)を合成して作成された「Arp 299」の画像。2017年6月26日に公開されたもの(Credit:X-ray: NASA/CXC/Univ of Crete/K. Anastasopoulou et al, NASA/NuSTAR/GSFC/A. Ptak et al; Optical: NASA/STScI)】

冒頭の画像は、2021年6月9日付の本日の1枚として、NASAのホームページ上で紹介されている「Arp 299」の画像です

Arp 299は、地球から1億4000万光年ほど離れたところにあり、まさに2つの銀河が合体しつつある銀河です。それぞれの銀河の恒星が部分的に交じり合いつつあります。

しかし、Arp 299には、このような恒星の交じり合いだけではなく、他にも興味深いものがあります。それは「超大光度X線源」です。

チャンドラX線観測衛星の観測から、Arp 299には、25個の明るいX線源が確認されていますが、そのうちの14個がこの超大光度X線源に分類されています。銀河の合体などによって活発に恒星が誕生している領域で見つかっています。

超大光度X線源は非常に強いX線を放射するコンパクト天体です。その正体は、あまりよく解っていませんが、そのX線スペクトルは通常のブラックホール連星と非常によく似ているものの、その光度は通常のブラックホール連星よりも1桁から2桁も明るいところから、太陽質量の数十倍から数百倍の中間質量ブラックホールの連星である可能性が指摘されています。また、超大光度X線源の一部は中性子星連星であることが解っています。

Arp 299の超大光度X線源については、NASAによれば、おそらくブラックホール又は中性子星と太陽よりもかなり重い恒星の連星ではないかといいます。このような連星は銀河の合体に伴って活発に恒星が誕生している領域などでよくみられます。

なお、ブラックホール自体はX線を放射しませんが、ブラックホールに恒星などの伴星があると、そこからガスなどを引き寄せて、その周りに降着円盤が形成されることで、ブラックホールの周囲からX線が放射されるようになります


Image Credit:X-ray: NASA/CXC/Univ of Crete/K. Anastasopoulou et al, NASA/NuSTAR/GSFC/A. Ptak et al; Optical: NASA/STScI

2021-06-15
Soraeより
 

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