「重力よりも強い」光の力が支配するブラックホール近傍の環境

「重力よりも強い」光の力が支配するブラックホール近傍の環境

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2017/10/20更新

-巨大ブラックホールの成長を決める輻射フィードバック-

上田佳宏 本研究科物理学・宇宙物理学専攻准教授らの研究グループは、カトリカ大学(チリ)、チューリヒ工科大学(スイス)などと共同で、透過力の強い硬X線で見つかった多数の活動銀河核(銀河の中心部で明るく輝く領域)を、世界中のX線望遠鏡や地上の可視光望遠鏡を用いて詳しく調査することで、巨大ブラックホールの質量、輻射光度、覆い隠しているガスの量を精度よく測定することに成功しました。その結果、ブラックホールをとりまくガスや塵はそのごく近傍に位置しており、その配置を決める主要因が、中心部から発生する電磁波の輻射圧(光の力)であることを突き止めました。

 

本研究成果は、2017年9月28日午前2時に英国の科学誌「Nature」に掲載されました。

研究者からのコメント

 本研究成果は、世界中の活動銀河核の研究者が結束し、全天に分布する400もの天体のX線・可視光観測の結果をまとめることで、初めて得られたものです。日本の「すざく」衛星の観測データも大きく貢献しています。「ひとみ」衛星の後継機となるXARM(X-ray Astronomy Recovery Mission)では、個々の活動銀河核について、巨大ブラックホールを覆い隠すガスの運動をこれまでにない精度で直接、測定できるようになり、その物理状態の理解がさらに進むと期待されます。

概要

銀河の中心に普遍的に存在する巨大ブラックホールの成長メカニズムとその環境の理解は、現代天文学の大きな課題の一つです。巨大ブラックホールに周囲のガスが流れ込むと、銀河の中心部が明るく輝き、「活動銀河核」として観測されます。これらの活動銀河核の大多数は、大量のガスや塵に覆われていることがわかっていますが、その理由は長年来の謎のままでした。

 

本研究グループは、偏りのない多数の活動銀河核サンプルを作り、その「統計的性質」を調査するという方法をとりました。活動銀河核の一つ一つについて、その基本的性質である(a)光度(ブラックホールからの輻射エネルギーの強さ)、(b)ブラックホールを隠している視線方向にあるガスの量、(c)ブラックホールの質量を、X線望遠鏡や地上可視光望遠鏡を用いて精度よく求めていきました。

 

詳しいデータ解析の結果、「ブラックホール質量に対する光度の比」が大きくなるほど、ブラックホールを覆い隠しているガスの量が減っていることがわかりました。つまり、周囲のガスの分布を決定する主要因は、ブラックホール質量で規格化した降着率(単位時間あたりにブラックホールが吸い込むガスの量)であることが、世界で初めて明らかになりました。ブラックホールがあまりにも急速に物質を吸引する結果、放射される光の力が自身の重力よりも強くなってしまうと、覆っていたガスは吹き飛んでしまい、ブラックホールがそれらを吸い込んで「太り続ける」ことはできなくなります。本研究成果は、巨大ブラックホール及びそれと共に進化する銀河の成長メカニズムを理解する上で、鍵となる発見です。

図:ガスと塵に覆い隠された銀河中心巨大ブラックホールの想像図(提供:NASA)