天文学者たちは、異常に規則的な摂食スケジュールで超大質量ブラックホール（SMBH）を発見しました。ベヒモスはセイファート2銀河GSN 069の中心にある活動銀河核（AGN）です。AGNは地球から約2億5000万光年あり、太陽の約40万倍の質量を含んでいます。
天文学者のチームは、ESAのXMM-NewtonとNASAのChandra X線観測所を使用して、SMBHのX線放出を観測しました。約9時間ごとに、ブラックホールは物質が引き込まれるとX線で明るく燃え上がります。天文学者は、餌を与えると規則的に燃え上がる他の2つの恒星質量ブラックホールを発見しましたが、このような超大質量ブラックホールの規則性はこれまで見られませんでした。
「このブラックホールは、これまでに見たことのないような食事プランにあります。」
Giovanni Miniutti、主執筆者、ESA Center for Astrobiology、スペイン。
この発見の概要をまとめた論文はNatureに掲載されており、「低質量ブラックホール銀河核からの9時間のX線準周期的噴火」というタイトルが付けられています。主執筆者は、スペインのESAのAstrobiology Center for AstrobiologyのGiovanni Miniuttiです。この論文によると、SMBHは1日に3回、約4衛星分の材料を消費しています。つまり、ブラックホールが餌を与えるたびに、約100億億ポンドの材料が消費されます。
「このブラックホールは、これまでに見たことのないような食事プランにあります」とMiniuttiはプレスリリースで述べています。 「この挙動は前例のないものであるため、それを説明するために新しい表現を作成する必要がありました：「X線準周期的噴火」。
このSMBHからのX線放出は2010年7月から知られ、観測されていますが、安定しています。新しい論文は、ESAのXMM-Newton Observatoryをはじめ、2018年12月に始まる54日間の観測に基づいています。その天文台は、12月24日に2つのバーストを発見しました。 1月に、XMM-Newtonはこれらの定期的なバーストをさらに3つ発見しました。
その後、天文学者はNASAのチャンドラ天文台で調査するために、より多くの観測時間を要求しました。チャンドラは、これらのイベントをさらに5つ観察しました。現在の定期的な噴火中に、X線フレア活動は、バックグラウンドのX線放出よりも2桁増加します。各フレアは1時間強続き、9時間ごとに発生します。
「これら2つのX線観測所からのデータを組み合わせることにより、これらの定期的な爆発を少なくとも54日間追跡しました」とスペインのマドリッドにあるEuropean Space Astronomy Centerの共著者であるRichard Saxtonは述べています。 「これは私たちに超高速ブラックホールへの物質の流れが加速と減速を繰り返すのを見るユニークな機会を与えてくれます。」
これらの各バーストの間、X線フレアは、静かな期間の20倍明るくなります。落下するガスの温度も上昇します。穏やかな時期には華氏約100万度から、フレア時には華氏250万度まで上昇します。高温は、活発に成長しているほとんどのSMBHの周りのガスの温度とほぼ同じです。
これらの定期的なフレアの原因は不明です。 GSN 069の周囲の華氏250度の高温ガスは、他のSMBHの周囲のガスと同じ温度です。ブラックホールを囲んでいる落下してくる素材のディスクからは熱すぎるので、それは謎です。しかし、GSN 069はこの現象を研究するユニークな機会です。高温のガスが繰り返し形成されてから消えるからです。
通常、この高温ガスは、星が引き裂かれ、ブラックホールに消費されることによって引き起こされます。しかし、GSN 069が示す規則性は謎です。
「X線の放出の起源は、ブラックホールが部分的または完全に引き裂かれ、少しずつゆっくりと消費されている星であると考えています」と、ESAのAstrobiology Centerの共著者であるMargherita Giustini氏は述べています。 「しかし、バーストの繰り返しに関しては、これは完全に異なるストーリーであり、その起源はさらなるデータと新しい理論モデルで研究する必要があります。」
繰り返しになりますが、超巨大ブラックホールが星からのガスを消費するのを見るのは新しいことではありません。 GSN 069のフレアの規則性が主な原因です。この研究の著者は、SMBHの定期的な給餌スケジュールについて2つの考えられる説明を提案しています。
- ディスクのエネルギー量は、不安定になり、物質がブラックホールに急速に落下してバーストを生成するまで蓄積されます。そのサイクルは繰り返されています。
- ディスクとブラックホールを周回する二次天体、おそらく部分的に破壊された星の残骸の間に相互作用があります。
チャンドラの観測のおかげで、科学者のチームはフレアX線の発生源がGSN 069の中心部にあることを知っています。そこでSMBHが期待されています。 ChandraとXMM-Newtonのデータを合わせて見ると、フレアは規則的ではありますがゆっくりと変化していることがわかります。ブラックホールの「食事」のサイズと期間がわずかに減少し、各食事の間隔が広がっています。これらの傾向が続くかどうかを確認するのは、将来の観察次第です。
GSN 069はSMBHの小さな側面にあります。通常、SMBHには数百万または数十億の太陽が含まれていますが、GSN 069には約400,000の太陽に相当する質量しか含まれていません。これは、この種の定期的な給餌がこれまで見られなかった理由を説明するのに役立ちます。
これよりもはるかに大きい、より大きなSMBHの場合、輝度の変動ははるかに遅くなります。 9時間ごとに噴火するのではなく、このように発火するまでに数か月または数年かかるはずです。これは、このような準周期的噴火（QPE）が観察されなかった理由を説明しています。 X線観測所は忙しいため、単一のターゲットでそれを長時間訓練する方法はありません。
ブラックホールによって生成されるX線の大幅な増加または減少が観察されるいくつかのケースがありました。これらの観測は、数か月、さらには数年にわたる繰り返し観測に依存していました。これらの変更の一部は速すぎて、ブラックホールの降着円盤から落下する物質の標準的な理論では説明できません。しかし、この発見はそれらの観察を説明することができました。 GSN 069と同様の動作が発生している可能性があります。
もっと：
- プレスリリース：科学者がブラックホールに1日3回の温かい食事があることを発見
- 研究論文：低質量ブラックホール銀河核からの9時間のX線準周期的噴火
- ウィキペディア：活動銀河核
