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銀河の中心では2つの超巨大ブラックホールが“ダンス”をしているかもしれない

ブレイザーは宇宙の動物園の中で興味深い位置を占めている。ブレイザーは明るい活動銀河核(AGN)であり、宇宙線を吹き出し、電波を放射し、巨大なジェットを光速に近い速度で我々の方向へ飛ばしている。いくつかのブレイザーは、そのジェットが曲線的でいびつに見え、天文学者は疑問を抱いている。

ブレイザーの中心ブラックホールの食欲はジェットに影響を与えるのか?降着円盤の内部活動が明るさの変動を引き起こしているのか?それとも、何か別の原因があるのだろうか?ドイツのマックス・プランク電波天文研究所のSilke Britzen氏によれば、これは1つのブラックホール(あるいはその降着円盤)が何かをしているよりも興味深いかもしれないという。

「観測された変動の原因は、ジェットの足元にある超大質量連星ブラックホールか、あるいは(可能性は低いが)1つのブラックホールのまわりにある降着円盤のゆがみによって引き起こされたジェット源の歳差運動であるという証拠を提示し、その可能性について議論します」と、Britzen氏は語った。

2つのブラックホールを持つ銀河

1つの超大質量ブラックホールの周囲で、反り返った降着円盤が歳差運動をしているというアイデアは、その運動がジェットに影響を与える可能性があるため興味深い。また、周期的な明るさの変化にも影響している。この効果は、他の銀河でも見られる。しかし、歳差運動の原因は他に何があるのだろうか?Britzen氏と研究チームは、OJ287と呼ばれる天体を調査した。この銀河の中心には2つのブラックホールがあるように見える。この銀河と他の12のAGNSの研究によって、ジェットの曲率が銀河のコアに連星ブラックホールが存在する決定的な手がかりになるかもしれないという結論に達した。

どのような仕組みなのだろうか?複雑だが、基本的には、銀河の中心で2つのブラックホールが軌道ダンスをしているようなものだ。一方のブラックホールがジェットを放出し、もう一方のブラックホールの重力の影響がジェットの外観と振る舞いに影響を与える。Britzen氏とこの研究の共著者であるMichal Zajacek氏によれば、これはジェットの外観を説明するのに役立つという。「降着円盤とジェットの物理学はかなり複雑ですが、そのバルクの運動学は単純なジャイロスコープに例えることができます。降着円盤に外的トルクを加えると、例えば軌道を回る二次ブラックホールによって、降着円盤は歳差運動し、それに伴ってジェットも回転するのです」。

Blazar
磁化された電波ジェット(黄色)で、一対の超大質量ブラックホールによって歳差運動をしている。降着円盤の中心には大きい方(黒)がある。降着円盤の中心には、暖かいガス(青)と冷たいガス(赤)がある。白い矢印は大きい方のブラックホールのスピンを示す。2番目のブラックホールは、中心の超大質量ブラックホールの周りを(オレンジ色)公転しており、オレンジ色の矢印はその軌道角運動量の向きを示している。ずれのために、二番目のブラックホールからのトルクが降着円盤の歳差運動とジェットを駆動している(緑の円と矢印)。 白い曲線は電波放射を示す。 (Credit: Michal Zaja?ek/UTFA MUNI)

ブラックホール連星を探す

もしこれが他のブレイザーでも同じであれば、蛇行するジェットと明るさの変動は、天文学者が他の連星ブラックホールを探すのに必要な手がかりになるかもしれない。Britzen氏によれば、AGNS自体が明るいとはいえ、ブラックホールを見つけるのは容易ではない。「超大質量連星ブラックホールの存在を直接調べるには、まだ十分な解像度がありません。しかし、ジェット歳差運動は、これらの天体の最も優れた兆候を提供しているようであり、その存在は、ブラックホール/AGNの研究者だけでなく、重力波/パルサーの研究者からも期待されており、最近、宇宙の歴史の中で大質量ブラックホールの合体によって放出された重力波による宇宙重力背景の存在を示す証拠が発表されています」。

Britzen氏たちは、OJ287と他の著名なAGNを、これらの天体が明るい電波源であることから、電波観測を用いて調査した。高分解能の研究では、超長基線電波干渉法(VLBI)を利用した。これは、複数の望遠鏡を長距離にわたって接続し、非常に遠くの銀河の中心部に焦点を合わせるものである。これは、イベント・ホライゾン・テレスコープ(EHT)の共同研究が、銀河M87にある65億太陽質量のブラックホールを観測し、ブラックホールの影を初めて画像化したのと同じ技術である。

研究チームはまた、ジェットの歳差運動と、それに加えて章動と呼ばれる要因もモデル化した。これはジェットの傾斜軸の周期的な変動である。ジェットが歳差運動するときの、わずかな揺れと考えればよい。章動は、第2のブラックホールが存在する可能性を示す手がかりでもある。研究チームはこのモデルをOJ287ジェットに適用した。

次の課題は?

この結果は、このAGNSや他のAGNSの核心にある連星ブラックホール作用を強く指し示しているようだ。決定的な証拠は、波打つジェットと明るさの変動である。「多くの銀河に見られるブレイザーの変動は、確率的なものではなく、決定論的なものであるかもしれません。変動研究の助けを借りて、このブラックホールの機械の内部構造を解読するのは興味深いです」と、Britzen氏は述べている。

Britzen氏と研究チームは、この研究がブレイザーのさらなる研究につながることを期待している。彼らは論文の中で、他の研究者が長期的なVLBI観測や、これらの天体とそのジェットからの光のスペクトルエネルギー分布の研究を進めることを示唆している。


論文

参考文献


この記事は、CAROLYN COLLINS PETERSEN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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