天文学者たちは、なぜこのブラックホールにしゃっくりがあるのか​​の謎を解明した

2020年12月、天文学者らは約8億4,800万光年離れた銀河で、異常な光の爆発を発見した。銀河の中心には超大質量ブラックホールがあり、それまでほとんど静かだった領域だ。 バーストのエネルギーは不思議なことに約8.5日ごとに低下し、その後ブラックホールは元に戻り、まるで天のしゃっくりが起こったかのような状態でした。

現在、科学者たちはこの異常な行動の理由を解明したと考えています。 超大質量ブラック ホールは、より小さなブラック ホールによって周回されています。このブラック ホールは、移動中に大きな天体の降着円盤を定期的に突き抜け、ガスのプルームを放出します。 Science Advances誌に掲載された新しい論文によると、このことは、ブラックホール降着円盤が天文学者が考えていたほど均一ではない可能性があることを示唆しているという。

MITのカブリ天体物理学・宇宙研究研究所の共著者であるDheeraj “DJ” Pasham氏は、全天超新星自動探査機（ASAS-SN）がASASSN-20qcと呼ばれるフレアを検出した後に発せられたコミュニティ警報に気づいた。 彼は興味をそそられ、国際宇宙ステーションにある NICER (中性子星内部構成探査機) と呼ばれる X 線望遠鏡を観察する時間がまだ残されていました。 彼は望遠鏡を対象の銀河に向けて約 4 か月のデータを収集し、その後フレアは消えていきました。

パシャム氏は、その 4 か月分のデータを分析したときに、奇妙なパターンに気づきました。 エネルギーのバーストは、軌道を周回する惑星が前を横切るたびに星の明るさが一時的に暗くなるのと同じように、X 線領域では 8.5 日ごとに低下します。 パシャム氏は、どのような天体が銀河全体に同様の影響を引き起こす可能性があるのか困惑していました。 そのとき、彼は、銀河の中心にある超大質量ブラック ホールが、より小さなブラック ホールを周回する可能性があることを示唆する、チェコの物理学者による理論論文に出会った。 彼らは、適切な状況下では、パシャムが X 線データで観察したのと同様の周期的な影響を引き起こす可能性があると予測しました。

「私はこの理論に非常に興奮し、すぐにメールでこう言いました。『私たちはあなたの理論が予測したことを正確に観測していると思います。」とパシャム氏は語った。 彼らは協力してNICERのデータを組み込んだシミュレーションを実行し、その結果は理論を裏付けました。 銀河の中心にあるブラックホールには、太陽5,000万個の質量があると推定されています。 2020年12月以前にはバーストはなかったので、研究チームは、せいぜいそのブラックホールの周りにかすかな降着円盤が存在し、そのために検出を免れた太陽質量100～10,000個の小さな軌道を回るブラックホールがあったと考えている。

それで何が変わったのでしょうか？ パシャムら。 2020年12月に近くの星が超大質量ブラックホールの重力に巻き込まれ、ズタズタに引き裂かれたことが示唆されており、これは潮汐破壊現象（TDE）として知られている。 以前に報告されたように、TDE では、細断された星の元の質量の一部が外側に激しく放出されます。 これにより、ブラック ホールの周囲に降着円盤が形成され、強力な X 線と可視光が放射されます。 ジェットは、天文学者がブラック ホールの存在を間接的に推測できる方法の 1 つです。 これらの流出排出は通常、TDE の直後に発生します。

それが現在のシステムで起こって、初期の超大質量ブラックホールに突然のフレアを引き起こしたようです。 現在、その降着円盤ははるかに明るいため、その小さなブラックホールのパートナーが円盤を通過すると、通常よりも大きなガスプルームが放出されました。 幸運なことに、その噴煙はたまたま観測望遠鏡の方向を向いていました。

天文学者らは、いわゆる「ダビデとゴリアテ」連星ブラックホール系については以前から知っていたが、「これは別物だ」とパシャム氏は言う。 「これらのシステムについて私たちが知っていることとはまったく一致しません。 私たちは、さまざまな角度で物体が円盤に出入りしている証拠を確認しており、ブラック ホールの周囲の単純なガス状円盤という従来の図に疑問を投げかけています。 私たちは、これらのシステムが膨大な数存在していると考えています。」

Science Advances、2024 年。DOI: 10.1126/sciadv.adj8898 (DOI について)。