ガス状のブラックホールが史上最大の宇宙爆発を起こした可能性がある

人類は核爆弾を恐れるかもしれないが、宇宙が解き放つものに比べれば、核爆弾は微々たるものだ。例えば、ガンマ線バーストを考えてみよう。これは、死の苦しみに陥った巨大な星から噴出する強烈な光と放射線の閃光である。今年初め、天文学者たちは「史上最も明るい」と名付けたガンマ線バーストを発見した。

しかし、ガンマ線バーストは、単一の星の爆発に過ぎない。はるかに大きな質量が関与する場合、宇宙はさらに大きな爆発を引き起こす可能性がある。5月11日に王立天文学会月報誌に発表された論文で、天文学者たちは、彼らの言葉を借りれば、これまで観測された中で最もエネルギーの強い天文現象であると発表した。

この現象は現在も続いており、ガンマ線バーストほど明るくはないが、ずっと長く続くため、はるかに多くのエネルギーを宇宙に放出している。この爆発現象はAT2021lwxと名付けられ、簡単には説明できないが、この現象を発見した天文学者たちは幸運なブラックホールが関係していると考えている。彼らの考えが正しければ、彼らの観測所はこれまでにもこのような現象を何度も観測している可能性がある。

皮肉なことに、この「これまでで最大の爆発」は、ほぼ1年間、天文学者の観測を逃れていた。カリフォルニア州サンディエゴの北東の山中にあるパロマー天文台に設置されたサミュエル・オシン望遠鏡は、2020年6月に初めてこの明るさの急上昇を捉えた。しかし、活動が絶えず活発な空からのデータがあふれる天文学の分野ではよくあることだが、この現象は気づかれずにいた。

2021年4月になって初めて、Lasairと呼ばれる自動システムによって、AT2021lwxが天文学者の注目を集めた。その時点で、空のこの現象は300日以上にわたって着実に明るくなっていた。この現象は奇妙であったが、天文学者たちは、この現象がどれくらい遠くにあるかを計算して、その物体の明るさを推定するまで、あまり気にしていなかった。その明るさは、80億光年だった。

「その時突然、私たちは『ちょっと待って、これは非常に異常なことだ』と気づいたのです」と、研究著者で英国サウサンプトン大学の天文学者フィリップ・ワイズマン氏は言う。

[関連: 天文学者は超大質量ブラックホールがどのようにして私たちにエネルギーを吹き込むのかを知っている]

「これほど短い時間スケールで明るさが変化し、明るくなるものは見たことがありません」とダートマス大学のブラックホール天体物理学者で著者ではないトニマ・アナナ氏は言う。

当初、著者らは AT2021lwx をどう解釈してよいか分からなかった。同僚に尋ねたところ、ブラックホールが捕らわれた恒星を激しく引き裂く潮汐破壊現象だと考える者もいた。しかし、この現象は、知られているどの星食い現象よりもはるかに明るかった。また、活動核を持つ若い銀河であるクエーサー、つまり明るい放射線のジェットを噴出する超大質量ブラックホールだと考える者もいた。しかし、この現象の明るさの 100 倍の急増は、天文学者がクエーサーでこれまで見てきたものよりもはるかに大きかった。

「潮汐破壊の研究者は『いや、これは我々の天体の1つではないと思う』と言っています。クエーサーの研究者も『いや、これは我々の天体の1つではないと思う』と言っています。そこで、新しいシナリオを考え出さなければなりません」とワイズマン氏は言う。

彼らの新しいシナリオには、銀河の中心にある太陽の 100 万倍以上の質量を持つ超大質量ブラックホールも含まれる。通常、超大質量ブラックホールは、巨大な重力によって引き寄せられたガス降着円盤に囲まれている。クエーサーにあるような超大質量ブラックホールの中には、そのガスを活発に飲み込み、その反応として光るものがある。一方、天の川銀河の中心にあるブラックホールのように、活動せず静かで暗いブラックホールもある。

ワイズマン氏と彼の同僚は、休眠中のブラックホールが突如、太陽の質量の数千倍にもなる大量のガスに飲み込まれる可能性があると考えている。ブラックホールは新たに発見した饗宴に反応して鮮やかに目覚め、活動中のブラックホールよりもはるかに明るく爆発するだろう。

ワイズマン氏と彼の同僚は、そのような予期せぬ出来事がAT2021lwxを引き起こし、休眠中の超大質量ブラックホールが夜空を照らす原因となったと考えている。

「これは超大質量ブラックホールであり、突然『スイッチが入った』のだという説得力のある主張をしていると思う」とアナナ氏は言う。

天文学者たちは、AT2021lwx のような集積現象を以前にも見たことがあるかもしれない。ワイズマン氏と同僚たちは過去の観測を徹底的に調べ、膨大な天文データの中から、この記録的な現象に似た複数の針を見つけた。そのどれもが今回の明るさには遠く及ばなかったが、同様のパターンで光度が上昇していた。これらの現象は、中心にブラックホールがあり、内側に落ち込むガスの流れを降り注ぐことで知られる銀河で発生した。

[関連: 天文学者が「マイクロノヴァ」を捉えた - 小さいながらも強力な星の爆発]

「[記録的な出来事]は同じである可能性はあるが、投下されたガスの量ははるかに多い」とワイズマン氏は言う。

ワイズマン氏と同僚たちは、コンピューターシミュレーションという形で自分たちの考えをテストする予定だ。そうすることで、今回の記録的な爆発や彼らが発見した他の明るいパターンが集積現象によって引き起こされたのかどうかを知ることができる。

一方、彼らは発見した痕跡を追う予定だ。AT2021lwx の明るさはピークに達し、徐々に低下し始めている。彼らはこの天体の X 線放射の観測を開始し、電波で追跡する予定だ。天体が暗くなったら、ハッブル宇宙望遠鏡のような装置でズームインし、バーストの背後に銀河があるかどうか、またそれがどのようなものかを調べる予定だ。

さらなる観測の必要性は、宇宙で最も極端な現象のいくつかについて、天文学者がまだ多くの未解決の疑問を抱えていることを強調している。

「もっと大きくて明るい物体がすでに存在しているかもしれないが、それらは非常に遅いため、私たちの検出アルゴリズムは実際にそれらを爆発として検出することはなく、そのまま見失われてしまった」とワイズマン氏は言う。