数十年前、銀河系の中心部にあるブラックホールから奇妙な縦長の光のフィラメントが飛び出しているのが発見され、天文学界は騒然となった。今回、ノースウェスタン大学の研究チームがこの謎のフィラメントを調査したところ、銀河面に沿って並び、銀河の中心方向を向いている全く新しいフィラメントの集団が発見されたのだ。

ノースウェスタン大学の天体物理学者Farhad Yusef-Zadeh氏は、「磁気を帯びたフィラメントは、数百万年前に超巨大ブラックホール『いて座A*』から流出したガスが周囲のガスと反応した残骸と思われます」と述べている。

いて座A*は、現在とても静かだが、これらの残骸は、銀河系の中心部が最近、宇宙的な時間スケールで活発に活動していたことを示唆している。また、これらの残骸の発見は、私たちがすでに知っている以上に、銀河系の中心部には、もっと魅力的な秘密が潜んでいることを意味するものだ。

「ブラックホールの方向を向いているような新しい構造の集団が見つかったのは驚きでした。これを見たとき、私は実際に唖然としました。私たちは、自分たちが騙されていないことを証明するために、たくさんの仕事をしなければなりませんでした。そして、これらのフィラメントはランダムではなく、ブラックホールの流出と関連していることがわかりました。このフィラメントを調べることで、ブラックホールのスピンや降着円盤の向きをより詳しく知ることができるのです。銀河の核のカオスな場の中に秩序を見出すと、満足感があります」と Yusef-Zadeh氏は述べている。

Yusef-Zadehは1980年代に2人の同僚と一緒にこのフィラメントを発見した。これは、活動的な超巨大ブラックホールから吹き出す風か、銀河の運動によってかき混ぜられた銀河間物質の乱流の結果である可能性があるという。

今回見つかった新たなフィラメントの集団は、南アフリカにあるMeerKAT電波望遠鏡が収集したデータから発見された。Yusuf-Zadeh氏と彼の研究チームは、データを整理して背景を取り除き、垂直のフィラメントをより見やすくする作業を行っていたところ、別のものが浮かび上がった。

それは、銀河系の「ハープ弦」という新しい集団であった。

Yusuf-Zadeh氏は、「私たちは、垂直フィラメントとその起源について、常に考えてきました」と言う。「私はフィラメントが垂直であることに慣れきっています。平面に沿って他のフィラメントがあるかもしれないとは考えもしませんでした」。

そして、この発見は、垂直のものと比べて全く別のものだ。長さ5〜10光年ほどの短い数百の構造で、他のフィラメントのように垂直ではなく、銀河面に沿って水平に並んでいる。

すべての構造は磁気を帯びているが、垂直方向の構造は粒子を光速近くまで加速し、新しく発見された水平方向の構造は熱放射を発しているようだ。

また、銀河中心の片側だけに放射状に配置され、いて座A*の方を向いているのに対し、垂直方向のものは銀河中心を取り囲むように平行に配置されている。この放射状の配置は、いて座A*の方向とも関連しているようだ。これは、ブラックホールだけでなく、ブラックホールが活発に物質を吸収しているときに周囲から噴出する天体物理学的なジェットによる放射状の流出を指し示しているようにも見える。

「私たちが検出した放射状流出現象の最も重要な意味のひとつは、『いて座A*』からの降着円盤とジェット駆動の流出が銀河面に沿っていることです」とYusef-Zadeh氏は言う。

超巨大ブラックホールにとって “活動的”とは、排水溝の周りの水のようにブラックホールの周りを渦巻く巨大な円盤状の物質が、ブラックホールに降り注いでいる、つまり降着していることを意味する。しかし、すべての物質がブラックホールの事象の地平線を越えて到達するわけではない。一部の物質は、磁力線に沿ってブラックホールの極点まで加速され、宇宙物理学的なジェットとして高速で宇宙空間に放出されるのだ。

いて座A*が比較的最近にジェットを噴射した痕跡は他にもあり、例えば、銀河系面の上下に広がる巨大な泡があることが知られている。Yusuf-Zadeh教授らは、この放射状のダッシュは、いて座A*からのジェット駆動の流出によって生じたラム圧の結果である可能性を指摘している。そして、その範囲と位置を分析した結果、この現象は約600万年前に起こったことが示唆された。

Yusef-Zadeh氏は、「私たちは、それらが数百万年前に起こった活動からの何らかの流出によって生じたに違いないと考えています。その流出した物質とその近くの物体との相互作用の結果であると思われます」と、述べている。

これらのフィラメントがいて座A*について教えてくれることは、最終的に非常に興味深いものになるかも知れない。ブラックホールは特に強い電荷を持たないことが予想されるため、ブラックホールは実質的に質量とスピンのみで定義され、他の特徴はないことになる。いて座A*の場合、質量はすでに太陽の410万倍と分かっているが、スピンはあまり知られておらず、光速の10%以下と考えられている。

「フィラメントを調べることで、ブラックホールのスピンや降着円盤の向きについてより詳しく知ることができます」とYusef-Zadeh氏は言う。後者は、いて座A*が近づきすぎた物質をどのように食べているのかを教えてくれるかも知れない。

この発見がYusef-Zadeh氏にとって驚きであったことは、銀河系中心部やブラックホールと天の川の他の部分との相互作用について、まだ学ぶべきことがたくさんあることを示している。

「私たちの仕事は決して完全なものではないのです。私たちは常に新しい観測を行い、自分の考えに絶えず挑戦し、分析を強化する必要があります」と、Yusef-Zadeh氏は述べている。

論文

• The Astrophysical Journal Letters: The Population of the Galactic Center Filaments: Position Angle Distribution Reveals a Degree-scale Collimated Outflow from Sgr A* along the Galactic Plane

参考文献

• Northwestern University: Mysterious dashes revealed in Milky Way’s center

研究の要旨

銀河系中心部のフィラメントの長さL > 66”と<66”の位置角（PA）の分布と、PAの関数としての長さの分布を調べた。その結果、フィラメントの位置角分布は二峰性であり、電波フィラメントの集団は長いものと短いものがあることがわかった。PAを調べた結果、銀河系面に近いPAを持つ短いフィラメントの集団が存在することがわかった。主に熱型の短波長フィラメント(<66”)は、銀河面に近い60° < PA < 120°の範囲にPAが集中している。注目すべきは、短いフィラメントのPAが銀河中心に対して放射状にl < 0°で、いて座A*に向かう方向へ伸びていることである。もっと小さいスケールでは、Sgr E H ii complex G358.7-0.0が、ショートフィラメントがほぼ放射状に分布していることを鮮明に示している。二峰性のPA分布は、2つの異なるフィラメント集団の起源を示唆しています。我々は、短いフィラメント集団の整列は、いて座A*からの度数規模のアウトフローのラム圧が、フィラメント内部の圧力を上回り、銀河面に沿って整列した結果であると主張する。ラム圧は300pcの距離で2×106cm-3 Kと見積もられ、開口角約40°の両側質量流出速度10-4M⊙yr-1を必要とします。この流出は、磁化されたフィラメントを銀河面に沿わせるだけでなく、埋め込まれている雲や部分的に埋め込まれている雲に付随する熱物質も加速させることになります。このことから、アウトフローの年代は約6Myrと推定される。