この画像は、中央の超大質量ブラックホールを利用したクエーサーの内部領域のアーティストによるレンダリングを示しています。ガスとダストのディスクがブラックホールに落ちるとき、高温は光を作り出します。この光の違いは、天文学者がブラックホールの質量を測定するのに役立ちます。
（画像：©Nahks Tr'Ehnl /キャサリングリア（ペンシルベニア州）/ SDSSコラボレーション）
モンスターのブラックホールは宇宙のほとんどの銀河の中心に隠れていますが、今では科学者が宇宙の非常に大きなブラックホールのいくつかの質量を測定するのに役立ちます。銀河。新しいアプローチは、これらの巨大生物がどのように形成され進化するか、そしてそれらが銀河の進化にどのように影響するかについての科学者の理解を劇的に改善するかもしれません。
ペンシルバニア州のポスドク研究員であるキャサリン・グリア氏は、スローン・デジタル・スカイ・サーベイ（SDSS）の声明で、「これまでに非常に多くの超巨大ブラックホールの質量を直接測定したのは、これが初めてです」と述べた。グリアは、SDSSデータを使用して、いわゆる超大質量ブラックホールの質量を測定するプロジェクトを主導しました。彼女は火曜日（1月9日）にメリーランド州のナショナルハーバーで開催されたアメリカ天文学会の会議で結果を報告した。
「これらの新しい測定値およびそれらのような将来の測定値は、銀河が宇宙の時間全体でどのように成長および進化するかを研究している人々に重要な情報を提供するでしょう」とグリアは言いました。 [画像：宇宙のブラックホール]
質量測定ブラックホール
数十年に及ぶ銀河観測に基づいて、天文学者は現在、ほぼすべての大きな銀河の中心部に超大質量ブラックホール（SMBH）が含まれていると理論化しています。これらの巨大な獣は、地球の太陽よりも数百万または数十億倍も重い場合があります。ブラックホールは光を放射または反射しないため、これらのSMBHを直接見ることはできません。しかし、SMBHの重力が周囲の銀河からダストとガスを引き込むと、ブラックホールに落ちる物質の渦巻き状の円盤が作成されます。その落下する物質は熱くなり、光を放射し始め、ブラックホールを「間接的に」見えるようにします。場合によっては、これらの円盤からの光は銀河のすべての星よりも明るくなります。これらの信じられないほど明るい銀河は、活動銀河核（AGN）と呼ばれます。最も明るいAGNはクエーサーと呼ばれ、天文学者は可視宇宙全体で見ることができます。声明によれば、それらは超大質量ブラックホールの存在を示している。
ブラックホールには測定可能な3つのプロパティ（質量、スピン、電荷）しかないため、質量の計算は個々のブラックホールを理解する上で非常に重要です。近くの銀河では、天文学者は星とガスのグループが銀河の中心の周りを移動する様子を観察し、それらの動きを使用して中央のブラックホールの質量を推定できます。しかし声明によると、遠い銀河は遠く離れており、望遠鏡はブラックホールの周りの星や物質の雲を解像することができません。
残響マッピングとして知られている技術は、天文学者がこれらの離れたブラックホールの質量を測定することを可能にしました。最初に、研究者は銀河の外側の領域にある放射ガスの明るさと、銀河の内側の領域にあるガスの明るさとを比較します。 （ブラックホールに非常に近いこの内部領域は、連続領域として知られています）。連続領域のガスは、より速く移動するガスに影響を与えます。ただし、光が外側に移動するか、反響するのに時間がかかるため、内側の領域で見られる変化と外側の領域への影響との間に遅延が生じます。遅延を測定すると、ガスの外側のディスクがブラックホールからどれだけ離れているかがわかります。 Grierは銀河の周りの回転速度と相まって、天文学者がSMBHの質量を測定することを可能にする、とグリアはSpace.comにメールで伝えた。
しかし、プロセスは非常に遅いです。研究者は声明で、残響効果を観察するには、個々の銀河を数か月間何度も繰り返し調査する必要がありますが、遠方のクエーサーは数年間繰り返し観察することができます。過去20年間、天文学者は近くの銀河とほんの一握りの遠方のクエーサーで約60のSMBHに対してのみ残響技術を使用することに成功しました。
SDSS残響マッピングプロジェクトの一環として、グリアとその同僚は、以前よりも速くSMBHのマッピングを開始しました。グリア氏によると、この高速マッピングの鍵は、ニューメキシコ州サンスポットのアパッチポイント天文台にあるプロジェクトの専用広視野望遠鏡にあり、複数のクエーサーに関するデータを同時に収集できるとのことです。現在、約850のクエーサーを含む空のパッチを観測しています。
研究者たちは、ハワイのカナダ-フランス-ハワイ-望遠鏡とアリゾナのスチュワード天文台Bok望遠鏡でクエーサーを観察し、信じられないほどかすかな天体の測定値を較正しました。声明によれば、研究者は合計で44個のクエーサーの残響時間遅延を測定し、それらの測定値を使用して500万から17億倍の範囲のブラックホールの質量を計算しました。
「これはクエーサー科学にとって大きな前進である」とチームの研究に関与しなかったカリフォルニア大学アーバイン校の天文学教授であるアーロン・バース氏は声明で述べた。 「彼らは、これらの難しい測定が量産モードで実行できることを初めて示しました。」
新しい測定により、銀河系SMBH質量測定の総数が約3分の2増加します。それらの銀河の多くは非常に遠くにあるため、新しい測定は、宇宙が現在の年齢の半分に過ぎなかった時代までの、SMBH質量を明らかにします。
SDSS望遠鏡で850のクエーサーを複数年にわたって観測し続けることで、チームは数年のデータを蓄積し、1年のデータではより長い時間遅延を測定できない、より暗いクエーサーの質量を測定できるようになります。
イリノイ大学の助教授であり、SDSS残響マッピングプロジェクトの主任研究員であるYue Shen氏は、「複数年にわたるクエーサーの観測を得ることが重要です」と述べました。 「今後数年間、クエーサーを監視するプロジェクトを続けるにつれて、超大質量ブラックホールがどのように成長し進化するかをよりよく理解できるようになるでしょう。」
SDSSの現在の第4フェーズが2020年に終了すると、第5フェーズのSDSS-Vが始まります。 SDSS-Vは、ブラックホールマッパーと呼ばれる新しいプログラムを備えています。このプログラムでは、1,000以上のクエーサーのSMBH質量を測定し、残響マッピングプロジェクトがこれまでに管理したものよりも暗いクエーサーと古いクエーサーを観測します。
ペンシルバニア州立大学の天文学と天体物理学の教授であり、SDSSの長年のメンバーであるニール・ブラント氏は声明で、「ブラックホールマッパーは、超大規模なブラックホールの残響マッピングの時代へと移行します」と述べています。 「これらの神秘的なオブジェクトについて、これまで以上に詳しく学びます。」
