超大質量ブラックホールは時々餌を食べ続けるが、夕食の時間だと知る方法はこれだ

ほとんどの銀河の中心には、太陽の何百万倍、あるいは何十億倍もの質量を持つ超大質量ブラックホールがあります。しかし、これらのブラックホールがなぜ超大質量なのかは、いまだに謎に包まれています。これらの巨大な宇宙の怪物は、どこからともなく突然現れるわけではありません。それだけの重量を増すには、ある程度の時間がかかります。しかし、それらはただ絶えず餌を食べているわけでもありません。冬眠中の動物のように、明確な理由もなく、休眠と活動の間を行ったり来たりしているのです。

最近Nature Astronomyに掲載された研究によると、彼らの食事のきっかけはおそらく私たちが考えていたよりも複雑だという。国際研究チームは、超大質量ブラックホールがまったく予想外の形で長期成長状態に入るのを観測したばかりで、ブラックホールが巨大な質量に成長する仕組みについての洞察を提供すると同時に、宇宙全体の銀河の中心で何が起こっているのかを私たちがいかに理解していないかを強調している。

観測可能な超大質量ブラックホールの約 10 パーセントは、常に活発に物質を集積し、周囲の宇宙ガスを餌にしているようです。「こうした集積は数万年から数千万年続くはずです」と、テルアビブ大学の天文学者で、この新しい研究の主執筆者であるベニー・トラクテンブロット氏は言います。これまでのモデルでは、超大質量ブラックホールがこれほど長期間にわたって摂食活動を開始するには、ブラックホールがある中心にホスト銀河が冷たいガスを送り込み、安定した集積の流れが形成される必要があると想定されていました。

しかし、多くの場合、摂食期間は一時的なシナリオです。近年、近づきすぎた星が気づかずに引き裂かれ、飲み込まれる「潮汐破壊イベント」に強い関心が集まっています。「このような「潮汐破壊イベント」では、星から剥がれた物質が一時的な降着流を形成する可能性があります」とトラクテンブロットは言います。降着は急速に増加しますが、星のガスが完全に消費または消散するとすぐに終了します。

「私たちが見たものは、これら 2 つのシナリオとは異なっていました」とトラクテンブロット氏は言います。それは、明らかに貪欲なごちそうでありながら、星を飲み込むおやつタイムの特徴も持っていました。

新たな発見は、世界中に望遠鏡を設置している全天自動超新星探査衛星によって2017年2月に観測された、AT 2017bgtイベントと呼ばれる奇妙な現象を中心に展開している。天文学者たちは当初、約8億光年離れた重なり合う2つの銀河で発生したこのイベントは、2004年に比べて50倍以上も明るくなるほどの強烈な放射線を放出したため、潮汐破壊によるものだと考えていた。

しかし、トラクテンブロット氏と同僚たちは、何か別のことが起こっていることにすぐに気づいた。潮汐破壊現象はもっと早く終わるのに、この激しい集積は2年以上続いており、さらにその期間は延び続けている。地上および宇宙に設置された30台以上の望遠鏡を使った1年間の観測で、AT 2017bgtが高速紫外線の追加成分を放出していることが判明した。これは、超大質量ブラックホールの集積に関連してこれまで観測されたことのない、いわゆる「ボーエン蛍光」の特徴だ。

結局、この発見は説得力があると同時に曖昧なものだった。AT 2017bgt は、恒星が引き裂かれて食事に変わったという兆候はないものの、潮汐破壊現象を彷彿とさせるプロセスを経て、長期にわたる集積状態に入ったブラックホールだった。これは、超大質量ブラックホールが長期にわたる饗宴に備えるまったく新しい方法だ。

さらに、研究者たちは、このプロセスは「おそらく、人々が考えるほど珍しいことではない」と考えている、とトラクテンブロット氏は言う。「私たちは、同じ行動を示す情報源をさらにいくつか見つけました。見落とされたり、誤分類されたりした、同様のイベントが他にもあったかもしれません。」

これらの発見はどれも決定的なものではありません。3 つの類似したイベントはサンプル数が少なく、ブラックホールの集積に関するこの図はまだ非常に予備的なものです。トラクテンブロット氏は、他の超大質量ブラックホールもこの動作を示すことをより確実に検証し、このプロセスがどのように始まり、終わるかについてのより長いタイムラインを作成するための長期にわたる追跡研究の必要性を強調しています。

それでもトラクテンブロット氏は、すべてが精査に耐えれば、この新しいモデルはビッグバン後の最初の10億年以内に超大質量ブラックホールの起源を説明できると考えている。「まだそこまでには至っていませんが、あらゆる出来事、特に謎の多い出来事は、こうしたより広い目標に一歩近づくことになります」と同氏は言う。それは、天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールが目覚めて、100万年にわたる新たな摂食サイクルを始めるかどうかを知るのに役立つだろう。