NASAのチャンドラ宇宙船が超大質量ブラックホールが残したクローバー型の空洞を発見

新しい研究によると、銀河団の真ん中に大きな暗点が四つ葉のクローバーの形を形成している。これは宇宙初の事例で、ブラックホールによって形成されたこのような暗点が 2 組、同じ場所で科学者によって観測された唯一の例である。

暗斑は、銀河の中心にある超大質量ブラックホールからの放射によって、巨大な「ローブ」形状のペアが作られることで発生します。これらの構造は電波スペクトルでは現れますが、X 線スペクトルでは暗い空間として現れます。研究者たちは初めて、同じ場所に 4 つのローブのセットを発見しました。

同じ領域に複数のローブセットが存在することは珍しくないが、通常はサイズが異なり、このクローバー型の特徴よりも離れている。「私たちのシステムの特徴は、4つのローブがすべて中心から同じ距離にあることです」とイタリアのボローニャ大学で天体物理学の博士課程に在籍し、X線を使って銀河団を研究しているフランチェスコ・ウベルトージ氏は言う。ウベルトージ氏は、天体物理学ジャーナルレターズ誌に掲載された新しい研究を主導した。

これらの葉はすべて同じ大きさで、中心軸の周りにあるように見えます。これは、2 組の葉がほぼ同時期に形成されたことの証拠です。

問題の銀河団はRBS 797と呼ばれ、地球から39億光年離れており、すでによく研究されている。研究者たちは、そこに電波ローブが存在することを以前から知っていた。特に、ウベルトシ氏の研究は、2013年に行われたこの領域の研究に基づいている。その研究では、X線ボイドがローブと重なっており、チャンドラX線観測衛星にとっては暗い場所であることがわかった。これは、ブラックホールが周囲の物質をこの領域から「掘り出した」という考えを裏付けるものだとウベルトシ氏は言う。

ウベルトシ氏と彼のチームが答えようとした主な疑問は、X線データの中に、余分な電波ローブの形状と一致するギャップを見つけられるかどうかだった。「物語は1つだけど、伝える方法が2つあるようなものです」とウベルトシ氏は言う。電波とX線で見たものは一致するはずだ。

超大質量ブラックホールは通常、相対論的ジェットと呼ばれる2つの高速流で上部と下部から粒子を放出する。ジェットは一定の距離に達すると膨張し、「X線で見える周囲のガスを押しのける」とウベルトシ氏は言う。ジェットは周囲の物質に進路を切り開き、「X線に泡のようなくぼみを作る」と同氏は言う。

マサチューセッツ工科大学（MIT）の天体物理学者で、超大質量ブラックホールとその周囲の物質の進化を研究しているマイケル・マクドナルド氏は、X線ボイドは水中でシャボン玉を吹く人に似ていると話す。同氏は今回の研究には関わっていない。「水中のシャボン玉を見ることはできるし、空気を何らかの方法で検知することもできる」と同氏は言う。水中の隙間を見ることはX線ボイドのボイドを検出するのと同じで、シャボン玉内のガスを測定することは電波を検出するのと同じだ。

2019年、ウベルトシ氏の上司はチャンドラ宇宙望遠鏡でこの天体をさらに詳しく調べる時間を与えられた。そして結果が判明すると、チャンドラのX線画像に4つの空洞が見られ、4つの電波ローブと一致した。

さらに、2組の葉の年齢の差を測定したところ、その差は1000万年未満であることがわかった。これは銀河の時間スケールで見ればそれほど差はない、とウベルトシ氏は言う。

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両者の年齢差がわずかであることは、2013年の研究で電波スペクトルに新たなローブ群が見つかった際に著者らが提示した2つの説明を裏付けるものだ。1つ目の説明は、互いに接近して周回する2つの超大質量ブラックホールが同時に活動を開始し、これらのローブ群を引き起こしたというもの。2つ目の説明は、おそらく別のブラックホールと合体した際に1つのブラックホールが軸から外れ、回転してジェットを新たな方向に噴出したというもの。しかし、これらの追加のローブ群は過去のX線調査では見られておらず、おそらく十分な露出時間ではなかったとウベルトシ氏は言う。

マクドナルド氏は、どちらの考えも理論的には成り立つが、二重ブラックホールの考えの方が「より魅力的」だと考えている。なぜなら、重力波に加えてブラックホールの合体を研究する別の方法となる可能性があるからだ。

チームの成果は説得力があるが、2～3倍解像度の高い画像があれば、確信が持てるだろうとマクドナルド氏は言う。「この研究は、数十億ドル規模の新しいX線望遠鏡を打ち上げなくてもできる最善の成果です」と同氏は言う。

研究者たちは銀河団RBS 797の調査を続ける予定だ。ウベルトシ氏の次のプロジェクトでは、四つ葉のクローバーが2つのブラックホールによって作られたのか、それとも1つのブラックホールによって作られたのかという論争に決着をつけたいと考えている。