銀河の衝突を捉えた写真でわかったこと…超大質量ブラックホールは思っていたより小さい

合体銀河NGC 6240

合体銀河「NGC 6240」のイメージ。

NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

  • 天文学者は銀河の衝突の現場で見つかった2つの超巨大ブラックホールの写真を撮影した。
  • 銀河は融合して、NGC 6240と呼ばれる新しい銀河を形成している。
  • 画像は、2つのブラックホールが天文学者が予想したよりもはるかに小さいことを示唆している。

銀河が融合するには10億年以上かかる。

地球から約4億光年離れたへびつかい座方面で、2つの銀河がほぼ1つになりつつある。銀河は激しく衝突する過程にあり、天文学者は、完全に融合するのにさらに1000万から2000万年かかると見積もっている。その時点で、それらはNGC 6240と呼ばれる新しい銀河を形成する。

2つの銀河の中心には超大質量ブラックホールがあり、それらは同様に結合すると見られている。ただし、このプロセス全体をカメラでキャプチャすることは困難だ。ブラックホールの重力は非常に強いため、光さえも逃げることができません。したがって、それらを見る天文学者は、吸い込まれる物質の光(消滅する前の)に頼らなければならない。超巨大ブラックホールの史上初の写真は2019年4月に公開されている。

しかし、国際的な天文学者のチームは最近、NGC 6240を形成している銀河の衝突で2つの超大質量ブラックホールの様子を示すシャープな写真を撮影した。

天文学者のチームは、アメリカ国立科学財団から資金提供を受けた強力な望遠鏡であるアルマ望遠鏡(アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計:ALMA)を使用して画像を構成し、2020年1月初めにハワイ州ホノルルで開催されたアメリカ天文学会の年次総会で研究を発表した。

写真ではブラックホール自体は見えないが、それらを取り巻く輝くガス(下の画像の青い部分)を見ることができる。

アルマ望遠鏡(右上)とハッブル宇宙望遠鏡(右下)で見たNGC 6240。

アルマ望遠鏡(右上)とハッブル宇宙望遠鏡(右下)で見たNGC 6240。

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E. Treister; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; NASA/ESA Hubble

そのガスはブラックホールの「勢力圏」、つまりブラックホールの重力が支配的である銀河の最も内側の領域に位置している。

2つのブラックホールがガスを供給しているので、銀河が合体するにつれてそれは大きくなる。以前の画像では、このガスをこのように詳細にキャプチャできなかった。

混沌としたガスの流れ

チリのサンティアゴにあるチリ・カトリック大学のエセキエル・トレイスター(Ezequiel Treister)天文学准教授は、アメリカ国立電波天文台(NRAO)に対し、一部の科学者が予想していたように、このガスは降着円盤を形成しないと語った。

「そのことの証拠は見つかっていない」と、彼は言った。「その代わり、ブラックホールの間にフィラメントと泡を持つカオス的なガスの流れが見られる。このガスの一部は、秒速500kmの速度で外部に放出されている。その原因はまだ分かっていない」

勢力圏から放出されないガスはブラックホールに吸い込まれている可能性が高い。

ブラックホールは、研究者が予想したほど大きくない

降着円盤に囲まれた高速で回転する超巨大ブラックホールの想像図。

降着円盤に囲まれた高速で回転する超巨大ブラックホールの想像図。

ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser; Business Insider

この画像はまた、これらの特定のブラックホールの質量に関する天文学者の考えに挑戦している。写真を観察することで、チームは、多くのガスがブラックホールそのものではなくその勢力圏に閉じ込められていることを発見した。つまり、ブラックホールは予想されていたほど巨大ではないということだ。

最近まで天文学者たちは、NGC6240の超大質量ブラックホールは太陽約10億個分の質量を持つと考えていた。しかし、この新しい写真は、ブラックホールが太陽数億個と同じくらいであることを示唆している。つまり、他の銀河衝突に関与するブラックホールも、予想よりも小さい可能性がある。

NRAOの研究者であるロレト・バルコス-ムニョス(Loreto Barcos-Muñoz)は声明で、「この銀河は非常に複雑でこのような詳細な電波画像なしでは内部で何が起きているのか知ることはできない」と述べた。

「銀河の3次元構造についての理解が深まり、現在進行中の銀河統合の最新段階において、銀河がどのように進化しているかを理解する機会が得られた」

我々の銀河系も、約40億年後には、近くのアンドロメダ銀河と融合すると予想されている。

[原文:A pair of supermassive black holes are stuck in a collision between galaxies. Astronomers caught the chaos on camera.

(翻訳、編集:Toshihiko Inoue)

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