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天文学の世界では、素晴らしい発見をするために、望遠鏡の群れが必要となることがよくある。クエーサーNRAO530の場合、その中心を覗き込むために、惑星一杯の電波望遠鏡が一緒になっていた。そして、その観測機器が何を語っているのかを解明するために、科学者たちの大規模な共同作業が行われたのだ。

イベントホライズンテレスコープ(EHT)は、地表に設置された12台近いアンテナの集合体で、最近、この天体の中心部にを観測するために、その運用能力をフルに発揮した。その目的は、遠くの天体で何が起きているのかを理解することだ。

この明るく強力な天体は、私たちから約75億光年離れたところにある。この天体はクエーサーであるだけでなく、ブレイザーに分類され、活動的なコアとジェット(噴流)がほぼ直接私たちの方に向いている。また、NRAO530は光学的に激しく、過去に明るいフレアや爆発を起こしたことがある。しかし、EHTによる観測が行われるまで、このクエーサーの中心部の構造について、天文学者は詳しい情報を知らなかった。しかし今回、EHTの観測により、クエーサーの中心付近の磁場マップを得ることができ、そこで何が起きているのかが初めて明らかになった。

クエーサーを覗き込む

NRAO530は、EHTで撮像された最も遠い天体で、この観測によって天文学者はこの天体についてより深く理解できるようになる。クエーサーの中心には、超巨大ブラックホールがある。そして、加速された粒子と放射線を宇宙空間に送り出すジェットがある。時折、通常よりも多くの物質が噴出することがあり、それが明るいフレアアップの原因になっているのだろう。

このジェットがどのように形成されるのか、天文学者はまだよく分かっていない。物理学が非常に複雑なのだ。ブラックホール周辺で何が起きているのか、その「絵」がわかればいいのだが……。特に、ジェットが発生する領域で何が起こっているのかが知りたいのだ。そこで活躍するのが、イベントホライズンテレスコープだ。イベントホライズンテレスコープは、NRAO530の中心部にある、これまで見えなかった構造を非常に高い角度分解能で見ることができるのだ。

この観測の場合、手がかりとなるのは、天体から放射されるある種の光だ。。これは「偏光」と呼ばれるもので、天文学者は、この偏光を使って、ブラックホールの極限環境の物理的条件を探る研究を行ってきた。この光は、ブラックホールの近くにある磁場の強さを知る手がかりになる。また、その磁場が宇宙空間でどのような方向を向いているかも明らかにする。偏光は、EHTとEHTが検出した信号を出している天体との間にあるあらゆる物質についての情報を明らかにすることができる領域もある。

EHTのクエーサージェットの偏光ビュー

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EHT CollaborationによるNRAO 530の画像。クエーサーの中心は画像の左下にあり、ジェットは上方(北側)に伸びている。画像の輪郭は、全光線(黒実線)と偏光線(点線)、ダッシュは観測された偏光方向を示している(Credit: EVPA)

明らかに、これらはクエーサーの通常の「ポイント・アンド・シュート」画像のようには見えない。通常、光学的な画像では、クエーサー3C 273のような点状の明るい光源が写る (下図)。クエーサーの明るさは、それが存在する銀河の光を圧倒してしまうことがよくある。

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クエーサー3C 273、2003年のHST画像(Credit: NASA/J.Bahcall(IAS))

そのため、クエーサーの詳細を調べるために、他の波長の光で観測を行う。EHTのNRA530の画像は、周波数230GHzの偏光の強度をマッピングしたものだ。その結果、核と、核から伸びるジェットの南端にある非常に明るい部分という、いくつかの下部構造が明らかになりった。この周波数で見ると、ジェットが本質的にここから始まっていることが分かる。また、超大型ベースライン干渉計を用いて、ミリ波帯の光でも観測されている。

このジェットは、約1.7光年の距離に広がっており、ジェットの磁場がらせん状になっている証拠を示している。NRAO 530プロジェクトを率いる米国ボストン大学のSvetlana Jorstad博士は、「一番外側の特徴は特に直線偏光が強く、非常に整然とした磁場を示しています」と語っている。

「また、注目すべきは、このような広大な宇宙で観測されるのは非常に小さな領域であるということです。」と、ドイツ・ボンにあるマックスプランク電波天文研究所の科学者、Maciek Wielgus博士は付け加えた。

クエーサーの噴流はなぜ起こるのか?

ブラックホールのような天体は、物質を吸い込み、高速のジェットで逃がすことはできないと思われがちだ。そこで、ブラックホールの事象の地平面付近の偏光を観測することで、いくつかの答えが得られた。ジェットの正体は、高速で流れるプラズマが、ブラックホール付近の強い磁場の中を通過することだ。そのため光は偏光し、何らかの方法で整列した磁場(ジェットの流れ方向に整列した磁場)と相互作用する。そうすると、クエーサーの動力源である中央の超巨大怪獣の強い重力に打ち勝って、物質のジェットを逃がすことができるかも知れないのだ。

もちろん、NRAO530の中心で起きているすべての行動の細かい点を解明するためには、まだまだやるべきことがある。今後、このクエーサーの EHT による観測では、ジェットに注目し、特にその発生源と最内部の特徴に着目していく。また、M87 などの天体の磁場の観測と同様に、NRAO 530 でも磁場の特徴を調べることになる。さらに、ジェットが高エネルギー光子の生成にどのように関係しているのか、またなぜ関係しているのかを調べる。特に、このクエーサーが高エネルギーのガンマ線を大量に放出する原因は何なのかに興味を持っている。この発見は、ジェットを持つ他の多くのクエーサーについても、ユニークな洞察を与える可能性がある。


この記事は、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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