太陽の1兆倍ものエネルギーを放出する超巨大ブラックホールを発見

巨大な銀河の中心には、時空の恐ろしい一面、超大質量ブラックホールが見つかる可能性が高い。これらの巨大な重力井戸は非常に大きく、その質量は太陽の何百万倍、あるいは何十億倍にも相当する。ブラックホールは極めて強力である一方、研究するのは比較的難しい。しかし現在、研究者らは超大質量ブラックホールの重要な副産物、すなわち秒速62,000マイル以上で移動する風を正確に測定している。

研究者たちは長い間、ブラックホールが大きな重力で物質を引き寄せるときに、巨大なX線を放出する突風が発生し、それがブラックホールから発せられて近くの銀河に吹き飛ばされると理論づけてきた。この概念は科学界で広く受け入れられていたが、これらの風がどのような形をとるのかは誰も知らなかった。カリフォルニア工科大学とイギリスのキール大学の研究者たちは、NASAの核分光望遠鏡アレイとESAのXMMニュートン望遠鏡を使用して、20億光年離れた超高輝度ブラックホールであるPDS 456から吹き出す風の速度、形、大きさを測定することができた。

PDS 456 はクエーサーと呼ばれるタイプのブラックホールで、非常に明るい。 Science 誌に掲載された研究論文の筆頭著者であるエマヌエーレ・ナルディーニ氏によると、この風は実際にはブラックホールの周囲の明るさの結果だという。「ブラックホールに折り畳まれている物質のエネルギーが解放されると、このエネルギーは熱に変わり、非常に明るい光が生まれます」とナルディーニ氏はPopular Science 誌に語っている。「この明るさがブラックホールの重力 (太陽の約 100 億倍) に対抗できるほど高ければ、突風を外側に押し出すことができます。」

これらの風は、1 兆個の太陽が放出するエネルギーよりも多くのエネルギーを毎秒運びます。

これらの風をよく観察するため、NuSTAR と XMM-Newton は 2013 年と 2014 年に 5 回にわたって PDS 456 を観測しました。XMM-Newton は X 線スペクトルの低エネルギー部分を観測し、NuSTAR はスペクトルの高エネルギー側を観測しました。特に、望遠鏡は、以前の研究でこれらの風に存在することが確認されていた鉄の痕跡を探しました。

「これらの突風は完全にイオン化されています」とナルディーニ氏は言う。「すべての元素から電子が完全に剥ぎ取られ、残っている元素は鉄だけです。鉄がブラックホールの前にあると、ブラックホールからの放射が遮られるので、ブラックホールから来る光の強度が低下するのがわかります。」

研究者たちは、ブラックホールの前と側面の鉄の模様を観察することで、これらの風がブラックホールからあらゆる方向に吹き出していることを突き止めました。そして、これらの風はかなり速く、光速の 3 分の 1 の速度で移動します。また、毎秒運ばれるエネルギーは、太陽 1 兆個が放出するエネルギーよりも多くなります。

ナルディーニ氏は、風が超大質量ブラックホールの周囲の銀河に多大な影響を与え、特に新しい星の形成を調節していると指摘する。「風が十分に強力であれば、雪崩を引き起こし、銀河内のガスをすべてその経路に沿って運び去ります。このガスは通常、星の形成に使用されます。」研究者らはまた、風がブラックホールと銀河の間の古代の「コミュニケーション」の役割を果たして、両者を結び付けていると考えている。

「今日の銀河のほとんどは非常に不活発です。ブラックホールも活動しておらず、星形成も行われていません。非常に安定しています」とナルディーニ氏は言う。「銀河の誕生の過去には、今日私たちが目にするような形を作った何らかのメカニズムがあったに違いありません。これらの風は可能性の一つです。」