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イベントホライズンテレスコープが天の川銀河の超巨大ブラックホール近傍でパルサーを発見か?

ミリ秒パルサーは驚くべき天文学の道具である。パルサーは高速で回転する中性子星で、磁極から電波ビームを発射している。このように規則正しく点滅するため、宇宙時計として扱うことができる。その動きのいかなる変化も、極めて正確に測定することができる。天文学者はミリ秒パルサーを使って、重力波による軌道の減衰を測定し、宇宙の背景となる重力のざわめきを観測してきた。また、天体航行の方法としても提案されている。近い将来、重力の最も基本的な性質を調べることができるようになるかもしれない。

パルサーは大質量星の残骸であるため、我々の銀河系はパルサーで埋め尽くされている可能性が高い。これまでに観測されたパルサーは2,000個程度だが、天の川銀河には10億個近いパルサーが存在すると推定されている。ただ、塵に覆われていたり、銀河系の反対側にあったりして、私たちには見えない。しかしこのことは、銀河系の中心部にはいくつかのパルサーが存在するはずで、そのうちのいくつかは超大質量ブラックホールであるいて座A*の周りを回っている可能性があることを意味している。もしいて座A*を周回するミリ秒パルサーを密接に観測できれば、一般相対性理論を現在では不可能な方法で検証することができるだろう。

銀河系の中心部はガスと塵に覆われているが、電波天文学のおかげで、そのベールを突き破ってその領域を見ることができる。私たちは長い間、いて座A*の周りを回っているいくつかの星を見ることができた。何十年にもわたってそれらの運動を観測することで、ブラックホールの近くの強い重力場でも一般相対性理論が正しいことを確認することができた。しかし、我々の観測は、一般相対性理論と対抗する重力理論の予測を区別できるほど正確ではない。A QUAdratic Lagrangian (AQUAL)やTensor-vector-scalar gravity (TeVeS)のような修正重力モデルは一般的ではないが、超大質量ブラックホール近傍の恒星観測と一致している。

ミリ秒パルサーは、天文学者がいて座A*付近の軌道力学を正確に測定することを可能にし、強力な重力場が質量とどのように相互作用するかを詳しく教えてくれる。それは、一般相対性理論と他のモデルを区別するのに十分なほど精密な実験的テストを提供することができる。そこで、天文学者の大規模なチームは、イベント・ホライゾン・テレスコープ(EHT)のデータから近傍のミリ秒パルサーを探し始めた。

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銀河系内の超巨大ブラックホールいて座A*の最初の画像 (Credit: EHT Collaboration)

EHT共同研究チームは、いて座A*の最初の画像を2022年まで公開しなかったが、2017年から超巨大ブラックホールのデータを収集している。観測データには画像のデータだけでなく、周辺の観測や電波の偏光なども含まれている。もしこの領域にミリ秒パルサーがあれば、その証拠がEHTの観測に埋もれている可能性がある。しかし、周囲の塵や私たちの観測の感度の限界のため、信号は非常に微弱になるだろう。

今回の研究では、データ内のパターンを検出する数学的手法であるフーリエ解析に基づく3つの検出方法が用いられた。パルサーは規則的なパルスを放射しているので、ランダムなノイズに対して目立つ傾向がある。残念ながら、研究チームは新しい未知のパルサーの証拠を見つけることはできなかった。研究チームでさえ、EHTデータはせいぜい2%のパルサーしか検出できないだろうと見積もっていることを考えれば、それほど驚くことではない。そして、これは最初のデータの研究に過ぎない。EHTのデータはまだまだたくさんあり、EHTはこの地域のデータを集め続けている。

EHTがパルサーを検出しなかったとしても、パルサーが存在しないわけではない。ミリ秒パルサーは、現在私たちが見ることができる星と同じように、天の川銀河の超大質量ブラックホールの周りを回っていることはほぼ間違いない。それを見つけるのは時間の問題である。


論文


この記事は、BRIAN KOBERLEIN氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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