ブラックホールの画像が天の川の謎に光を当てる

今月初めにリリースされた私たちの銀河の超大質量ブラックホールの最初の画像は、天の川の中心についてのいくつかの永続的な謎をすでに説明し始めています。

いて座A*と呼ばれるブラックホールに関する豊富な新しい情報は、現在銀河中心の詳細な絵を描いている他の多くの証拠に加わっています。 まとめると、射手座A *はゆっくりとしたペースで物質を吸い込んでおり、他の銀河の中央のブラックホールに比べて異常に暗くなっていることがわかります。 観測はまた、射手座A*がほんの数百万年前に見事に活動していた可能性があることを示唆しています。 一方、最新のデータは、天の川とその周辺で見られる最大の構造物のいくつかについて新たな疑問を投げかけています。

5月12日にイベントホライズンテレスコープ(EHT)のコラボレーションによってリリースされた画像は、 アストロフィジカルジャーナルレター1。 しかし、2017年に収集された基礎となるデータには、科学者がまだ調べているはるかに多くの情報が含まれていると、アムステルダム大学の理論的天体物理学者であるEHTメンバーのセラマルコフは述べています。 天体物理学者にとって「これは天国のようなものです」と彼女は言います。

この画像は、暗い影を取り巻く電波放射の光るリングを示しています。 この影は、ブラックホールの事象の地平線のすぐ先にあります。無形の球体は、それを横切るものが戻ってこない点を示しています。 EHTデータの詳細な分析により、光るリングがどのように生成されるかを説明する理論モデルとコンピューターモデルの多くの側面が確認されました。

物質がほぼ光速でブラックホールに渦巻くと、それは「降着円盤」を形成し、EHTの望遠鏡が検出できる電波を含む電磁スペクトル全体に放射を放出します。 彼らのデータは、降着円盤が平らなパンケーキというよりも膨らんだドーナツのような形をしていることを示しています。 この肥大化した形状は、ディスクがブラックホールにゆっくりとしたペースで物質のスクラップを供給することを意味し、他の貪欲なブラックホールと比較して比較的暗くなります。


EHTのコラボレーションにより、今月初めにこのブラックホール射手座A*の画像がリリースされました。クレジット:EHTコラボレーション

降着円盤の形は期待に応えましたが、多くの天体物理学者は、EHTのデータが円盤を「正面から」示していることに驚いていました。 これは、その回転軸が地球からの視線から50°未満の角度になっていることを意味します。

一部の科学者は、ディスクの回転軸が代わりに垂直に向いており、地球の観点から降着円盤の「エッジオン」を示していると予想していました。 この向きは、銀河の渦巻腕の堂々とした回転、降着円盤に供給される落下物、そして急速に回転するブラックホール自体の3つの別々の回転の相互作用から生じます。

いて座A*は、銀河のペアが結合して天の川を形成したときに、おそらく2つのブラックホールの合併から形成されました。 当初、新しいブラックホールのスピンはどの方向を向いていた可能性があります。 しかし、それが塵とガスを食べて成長するにつれて、落下する物質の勢いはブラックホールのスピンを銀河のスピンとゆっくりと一致させたでしょう、とコネチカット州ニューヘブンのイェール大学の天体物理学者であるプリヤナタラジャンは言います。 天の川は少なくとも10億年の間合併していないので、3つの回転すべてが今までに並んでいたはずです。

しかし、EHTの予備的な結果は、降着円盤の垂直スピン軸、そしておそらくブラックホール自体の垂直スピン軸をほぼ確実に除外しています。 これは、チリのセロパラナル山にある施設である超大型望遠鏡(VLT)によって2018年に行われた観測と一致します。この観測では、ブラックホールの事象の地平線の非常に近くを時計回りに周回する物質からのフレアが見られました。指輪。 「実際には、これら2つの画像を重ね合わせることができます」とドイツのガルヒングにあるマックスプランク地球外物理学研究所の電波天文学者であるステファンギレッセンは言います。

Gillessenと彼の共同研究者は、GRAVITY機器を使用して調査を実施しました。この機器は、VLTの4つの8メートルの皿から赤外線を収集し、幅130メートルの望遠鏡1つに匹敵する解像度を実現します。 EHTと同様に、GRAVITYは、降着円盤が正面を向いており、回転軸が視線から20〜30°の角度になっていることを発見しました。

この正面向きの向きは、天の川の中央領域の構造の数十年にわたる観測とも一致していると、GRAVITYとEHTの両方のコラボレーションのメンバーであるコロラド大学ボルダー校の理論天体物理学者であるジェイソンデクスターは言います。 ブラックホールの降着円盤は、いて座A *を約0.3パーセク(1光年)の円盤で周回する星から流れる物質によって供給されていると彼は言います。 したがって、降着円盤の向きは、銀河のより大規模な構造ではなく、星の円盤と一致する必要があります、とデクスターは言います。 「そこには問題はありません—そして多分私たちはそれを期待すべきでした。」

EHTの2017年のデータでは、GRAVITYが見た降着円盤の時計回りの回転をまだ確認できていません、とイリノイ大学アーバナシャンペーン校のEHTコラボレーションのメンバーであるチャールズガミーは言います。 しかし、チームはより多くのデータを収集しており、すぐにその質問に答えることができます。 「特に映画を作って構造物が回転しているのを見ることができれば、2022年からの新しい観測には十分な情報があるかもしれません」とGammieは言います。

スパイラルストリーム

銀河の中心からズームアウトして、天文学者は以前にいくつかの他のより大きな構造を数パーセクまでマッピングしました。 これらには、天の川のスパイラルアームを彷彿とさせるガスの流れで作られた「ミニスパイラル」が含まれますが、10,000分の1です。 現在、スパイラルから内側に落ちる物質はそれほど多くないようですが、過去には、はるかに激しい活動の期間中にブラックホールを供給できた可能性があります。

興味深いことに、この渦巻きはいて座A *の周りの星の円盤とも、その降着円盤や銀河自体とも整列していません。 「銀河の中心は銀河の平面と整列する必要はありません」とマークオフは言います。 「ブラックホールのすぐ近くで起こっていることが銀河面について何かを知っているとは必ずしも期待していません。」

ブラックホールのスピンの漸進的な整列を予測するナタラジャンのようなモデルは、長期間にわたってブラックホールに物質の安定した流れを供給する銀河にのみ適用されるかもしれないと、英国レスター大学の天体物理学者アンドリュー・キングは言います。 それは天の川にも当てはまらないようであり、中央のブラックホールがずれているように見える他の多くの銀河にも当てはまらないようです。 「その理由は、ブラックホールに供給するガスが規則正しく方向付けられていないためであるに違いありませんが、ブラックホールのスピン軸と比較して方向が完全にランダムに配置されている別々のエピソードで提供されます」とキングは言います。

この種の混沌とし​​た摂食は、ブラックホールがかなり遅い速度で回転し続ける可能性があり、それにより、急速に成長するのに十分な物質を蓄積することができます。 それは、いくつかのブラックホールがいかに急速に大きくなったのかを説明するのに役立つかもしれません。宇宙が現在の年齢の10分の1であったとき、いくつかはすでに太陽の数十億倍の大きさでした。

吹く泡

これらの証拠はすべていて座A*の方向性に同意しているように見えますが、ブラックホールとギャラクシーの中心の周りに見られる他の巨大な特徴との間の可能な関係についてはまだ大きな疑問があります。

2010年、NASAのフェルミガンマ線宇宙望遠鏡を使用した天文学者は、銀河の中央領域の真上と真下に伸びる、それぞれ7,700パーセクの長さの2つの巨大なガスローブをマッピングしました。 これらのローブはX線で光り、フェルミバブルとして知られるようになりました。 そして2020年に、ドイツとロシアのプローブに搭載されたeROSITA X線望遠鏡は、同じ空間領域でさらに大きな気泡を検出しました。

γ線とX線の気泡の形態を比較したFermi–eROSITAの合成画像。

フェルミバブル(赤)とeROSITAによって検出されたバブル(青)を示す合成画像。クレジット:P。Predehl etal./Nature

観測は、これらの泡が過去2000万年かそこらで銀河中心から突き出た衝撃波からの残光であることを示唆しています。 このような衝撃波のもっともらしい原因は、星形成活動​​のバーストであり、超新星と呼ばれる多数の恒星爆発につながる可能性があります。 しかし、もう1つの大きな容疑者は、いて座A*からの激しい摂食期間です。

研究者たちはまた、銀河中心から150パーセク以上伸びるガスの輝く柱を発見しました。これは、いて座A*がフェルミバブルを作り出したことを示している可能性があります。 「煙と通過したばかりの熱でまだ熱い煙突のように、これらの煙突は、フェルミとeROSITAの泡を膨らませた流出の遺物である可能性があります」とマックスプランク協会のギレッセンの同僚である天体物理学者ガブリエレポンティは言います。ガルヒング。

しかし、泡は天の川の軸と垂直に並んでいるように見えるので、別の方向に傾いているブラックホールからどのように発生したのかは不明です。 一つの可能​​性は、泡が激しい摂食の多くの別々の期間の最終結果であり、それぞれが異なる方向に物質を吐き出すことです。 「EHTが示したのはスナップショットでした。 フェルミバブルは、非常に長い時間スケールでの活動を明らかにします」と、カリフォルニア大学アーバイン校の天文学者で、フェルミミッションに取り組んでいるシモーナムルジアは言います。

2030年代半ばに欧州宇宙機関によって打ち上げられる予定のアテナと呼ばれるX線宇宙望遠鏡は、フェルミバブル内のガスの動きをマッピングすることで問題を解決するのに役立つ可能性があるとポンティ氏は言います。

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