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2024-09-11 01:25:15
銀河の衝突は宇宙の根本的な出来事です。衝突は、2 つのシステムが宇宙のダンスで星を混ぜ合わせるときに起こります。また、超大質量ブラックホールの壮大な合体も引き起こします。その結果、大きく変化した 1 つの銀河と、単一の超大質量ブラックホールが生まれます。
これらの巨大な出来事は、銀河の進化における大きな力です。小さな銀河が合体して、さらに大きな銀河を形成するのです。このような合体は、宇宙の最も初期の時代から続いています。銀河の合体は今も続いています。私たちの天の川銀河は、小さな銀河を飲み込み続けており、数十億年後にはアンドロメダ銀河と衝突するでしょう。そうなると、両方の銀河の超大質量ブラックホールも合体する可能性があります。
天の川銀河とアンドロメダ銀河の合体直後、今から約 38.5 億～ 39 億年後の地球から見たミルクドロメダの眺め。提供元: NASA、ESA、Z. Levay および R. van der Marel (STScI)、T. Hallas、A. Mellinger
完了するまでに何百万年もかかるため、そのプロセス全体を最初から最後まで見ることはできません。しかし、天文学者は銀河と超大質量ブラックホールの衝突の証拠を探し、発見することをやめません。最新の発見では、ハッブル宇宙望遠鏡 (HST) を使用して、衝突する 2 つの銀河の奥深くに 3 つの明るい可視光の「ホットスポット」を発見しました。これらのターゲットは、私たちの比較的近く、わずか約 8 億光年の距離にあります。天文学者は、チャンドラの観測とカール G. ジャンスキー超大型干渉電波望遠鏡の電波データを追跡しました。
通常、明るい中心核を持つ銀河は「活動銀河核」（略して AGN）と呼ばれ、非常に遠くに存在します。宇宙の時間の中では、より早い段階で見られることが多いです。「現代の」近隣宇宙で衝突する銀河と超大質量ブラックホールのペアを研究する機会は、このようなイベントの仕組みを研究するのに良い機会です。
超大質量ブラックホールの衝突の始まりを観測
将来起こる宇宙の衝突の発見は、HST の高性能サーベイカメラが衝突銀河 MCG-03-34-64 の中心部に 3 つの光回折スパイクを発見したときになされました。これらの「ホットスポット」のうち 2 つは、約 300 光年しか離れていない非常に近い位置に見えます。これらは、中心核に酸素ガスが存在することを示しています。酸素ガスは非常にエネルギーの高い何かによってイオン化されており、このホットスポットは天文学者を驚かせました (3 つ目のホットスポットはよくわかっていません)。「このようなものが見られるとは思っていませんでした」と、マサチューセッツ州ケンブリッジにあるハーバード & スミソニアン天体物理学センターのアナ トリンダーデ ファルカオ氏は述べています。「この光景は近隣の宇宙では一般的ではなく、銀河内で何か他のことが起こっていることを教えてくれました。」
HST が可視光で撮影した銀河 MCG-03-34-064 の画像。中心にある 3 つの明るい点のうち 2 つは活動銀河核で、光と X 線を放射しています。これらは、約 300 光年離れた 2 つの超大質量ブラックホールが接近しつつあることを示しています。画像提供: NASA、ESA、Anna Trindade Falcão (CfA)
ファルカオ氏と同僚たちは、これらの明るい点の原因を知りたいと考えました。そこで、チャンドラX線観測衛星を使ってその現象に注目しました。「X線帯域でMCG-03-34-64を観測したところ、ハッブルで観測された明るい光学点と一致する、2つの離れた強力な高エネルギー放射源が見つかりました。これらを総合して、おそらく2つの超大質量ブラックホールが接近して存在しているという結論に至りました」とファルカオ氏は語ります。
チームは、電波望遠鏡のアーカイブデータの中にもこれらの天体の観測結果を発見した。これらの強力な電波放射は、ブラックホールのペアが存在し、接近しつつあることを証明した。「可視光線、X線、電波の波長で明るい光が見られる場合、多くの可能性が排除され、これらは近接したブラックホールとしてしか説明できないという結論に至ります」とファルカオ氏は指摘する。すべての要素をまとめると、AGN デュオの姿が浮かび上がるのです。」
迫りくる衝突
これらの中心にある超大質量ブラックホールは、おそらく 1 億年後に衝突するでしょう。それぞれが 1 つの銀河の中心にあります。これらの銀河がさらに接近するにつれて、中心にあるブラックホールが相互作用し始めます。最終的に、ブラックホールは強力な現象で融合し、その過程で重力波を放出します。
この図は、2 つの超大質量ブラックホールの合体と、ブラックホールが互いに螺旋状に接近するにつれて外側に広がる重力波を示しています。クレジット: LIGO/T. Pyle
天文学者は、シミュレーションと観測を通じて、銀河と超大質量ブラックホールの合体が多くの活動を引き起こすと示唆しています。衝突が進むにつれて、星間ガスが銀河の中心に向かって流れます。また、他の領域でも圧縮され、両方の活動が星形成の爆発を引き起こします。一部のガスは中心の超大質量ブラックホールに降着し、物質が降着円盤を螺旋状に通過するときに放出量が増加します。
こうした合体は宇宙で絶えず起こっています。銀河進化のモデルと観測的証拠を組み合わせると、銀河の中心にある多くの AGN が合体を起こしていることが示唆されます。また、これらの AGN 内で超大質量ブラックホールのペアが衝突していることからも、ブラックホールが合体を通じて成長していることが示唆されます。
超大質量ブラックホールの衝突と将来の検出
MCG MCG-03-34-64 で見られるような近接した AGN の合体を理解することは、天文学者が「SMBH 連星合体」と呼ぶものの最終段階を垣間見るためのユニークな手段となります。このようなイベントは、合体の影響を測定する主要な方法であり、今後もそうあり続けるでしょう。スペクトル全体の光に敏感な観測所や将来の重力波検出器を使用して、豊かな研究分野を提供するでしょう。
LISA は、高精度測定システムを使用して宇宙船内の自由落下する質量体間の距離のわずかな変化を測定することにより、2 つの超大質量ブラックホールの衝突の結果として放出される通過する重力波を直接観測します。クレジット: AEI/MM/exozet
これらの検出には、レーザー干渉計重力波観測所（LIGO）の最新版が必要となる。 ほんの数年前に初めて検出された超大質量ブラックホールの合体によって生じる重力波は、LISA（レーザー干渉計宇宙アンテナの略）などの将来の機器のターゲットになります。この機器は、数百万マイル離れた場所に3つの宇宙ベースの検出器を配置し、MCG-03-34-64のような巨大なブラックホールが衝突したときに放出される長波長の重力波を捕捉します。これらの合体は宇宙全体で発生するため、宇宙の進化の一部としての銀河の合体を理解するのに大きく貢献する豊かな研究分野となるでしょう。
詳細情報
NASAのハッブルとチャンドラが超大質量ブラックホール2つを発見
MCG-03-34-64 における約 100 pc 離れた二重活動銀河核候補の解明
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