クエーサーの強力なジェットを作り出すのレシピが必要だった」ブラックホールコロナ」| sorae宇宙のポータルサイト

宇宙には太陽の重さ（質量）の数百万倍、数十億倍など、非常に大きな質量を持つ「超大質量ブラックホール「このいくらでも存在します。その中には、上記の画像のように物質をビームのように激しく噴出（ “ジェット“と呼ばれます）がありますが、そうでないものもあります。なぜこのような違いが生じるか、天文学者たちは、その理由を見つけたかもしれません。

天文学者がこの研究に使用したのは、NASAのX線観測衛星「チャンドラ「欧州宇宙機関（ESA）のX線観測衛星「XMM-ニュートン「ドイツのX線観測衛星「ROSAT「（Roentgen Satellite）、アメリカ国立科学財団（NSF）、米国国立電波天文台（NRAO）がある電波望遠鏡群」カールたスキージャンギソン干渉計」（VLA）また、米国のアパッチポイント天文台の望遠鏡を使用した「スローンデジタルスカイサーベイ」（SDSS）プロジェクトのデータなどさまざまです。 これらのデータを使用して超大質量ブラックホールを抱えて、クエーサー」という天体を700以上も調査しました。

超大質量ブラックホールからのジェットは、非常に大きなエネルギーを運び、周辺環境の進化に大きな影響を与えます。 強いジェットを放出するためには、超大質量ブラックホールが高速で回転している必要がありますが、すぐに回転するブラックホールのすべてのジェットを持つわけではないことが知られていました。研究を主導したペンシルベニア州立大学のShifu Zhu氏は、「我々は、超大質量ブラックホールのジェットを有するために必要なもう一つの条件を発見した。それは磁場が絡み合ったブラックホールのコロナとする」と語った。「X線で明るく輝くブラックホールコロナがなければ、ジェットも出てこないでしょう。」

天文学で「コロナ」と言えば、太陽の外層大気を意味するが、ここでの「コロナ」ブラックホール周辺の高温ガスを指します。 画像もオレンジ・黄色で表示されたかのようにブラックホール周辺で物質が急速に回転する「プレート」がある場合、コロナは上下に広がります（図の白い部分）。 研究論文の共著者ペンシルバニア州立大学のNiel Brandt氏は、「例えば、レシピに基づいてパンを作るためには、材料が少し必要です。私たちの研究結果によると、明るいコロナは、強力なジェットを作るために欠かせない材料です」と言っています。

研究チームが調査したクエーサー4人。 チャンドラが観測されたX線は、青、VLAが観測された電波を赤で表示します。 X線は、主にブラックホールコロナからの電波ジェットで来ている。 Credit：X-ray：NASA / CXO / Penn State Univ./SF Zhu et al。、 Radio：NRAO / VLA / Penn State Univ./SF Zhu et al。

研究チームは、この成果を出す鍵となったのは、クエーサーがX線を出す構造をよりよく理解することができました。 過去の研究では、ジェットを出さクエーサー以内は、X線、紫外線の強さは、特徴的な関係があることが知られていました。 この関係は、ブラックホールの周りの円盤の物質で、紫外線が放出され、それがコロナの粒子にぶつかってX線が放出されるからだとされています。 今回の研究では、ジェットを出すクエーサーのこのような行動に関する調査をした結果、クエーサーのX線、紫外線にどのよう明るさ（強度）はないかという点で、ジェットを出さないクエーサーとよく似ていました。 このため、X線は、皿を起源とするだけでなく、ブラックホールコロナでも放出される結論出したものです。

この結果は驚くべきものでした。 今までジェットを出すクエーサーはジェットを出さないクエーサーに比べてX線で明るい傾向があるため、ジェットを持つクエーサーが出すX線は、ジェット根から来るだろうと思っています。 今回の研究でも、明るさの差が確認されましたが、その差はジェットがない（またはジェットが弱い）クエーサーに比べてブラックホールコロナが明るいことによるものであったです。 “ジェットのクエーサーX線は、ジェットよりブラックホールコロナから来たという発見がX線放射の基本的な性質について、35年の間に考えてきたことに挑戦することです」研究論文の共著者でテキサスA＆M大学のGuang Yang氏はと言います。 「このようなジェット物理的に新たな研究結果を招くことがあります。 “

研究によると、クエーサーが強力なジェットを出すためには、高速で回転するブラックホールだけでなく、強力な磁場が絡み合った明るいブラックホールコロナを持ってなければならないことを意味します。 超大質量ブラックホールが高速回転しているかどうかに関係なく、ブラックホールコロナが薄く磁場が弱いのは、ジェットがないか弱いジェットしかないということです。 「クエーサーの強力なジェットと明るいコロナの発生は基本的に磁場によって駆動されているのかもしれません」とZhu氏は言います。 そして、その磁場はブラックホールの強い重力によってドラッグ降り積もったの物質が多くなり、ブラックホールの周りの円盤の厚さが増加した結果として作成されたかもしれません。

また、今回の結果は、太陽質量の数百倍より軽い「恒星質量ブラックホール」で発見されたものと似ています。 これはブラックホールの行動という点でブラックホールの大きさに関係なく、同じようなことができるということを示しています。 研究論文によると、今後もX線・赤外線・可視光線・紫外線など多波長での観測を続けてブラックホールコロナの近くの姿とジェットを放出するまでの時間的な動きなどについて理解を深めたいとのことです。

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画像クレジット：NASA / CXC / M.ワイズ
出典： NASA、 チャンドラX線天文台
文/北越康敬