猫と惑星系

押し記事 星間微惑星。 天体の翻訳他、韓流、花の写真を掲載。

ブラックホールはいくつ隠れているのか?NASAの研究が答えに迫る

2025-01-15 21:04:40 | 銀河
ブラックホールはいくつ隠れているのか?NASAの研究が答えに迫る
ジェット推進研究所
2025年1月13日
記事
このアーティストの想像図には、超大質量ブラックホールを取り囲むガスと塵の厚いトーラスが描かれています。トーラスは、ブラックホールに落ち込む物質によって生成される光を遮ります。NASA の望遠鏡による観測により、科学者は隠れたブラックホールをさらに特定できるようになりました。
NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
宇宙で最大かつ最も活発なブラックホールのいくつかを見つける取り組みにより、隠れた巨大ブラックホールと隠れていない巨大ブラックホールの比率をより正確に推定できるようになりました。

最近、NASAの複数の望遠鏡が科学者らの天空の超大質量ブラックホール(太陽の何十億倍もの重さがある)の探査に役立った。この新たな調査がユニークなのは、厚いガスと塵の雲の背後に隠れている大質量ブラックホールが、そうでないブラックホールと同じくらい発見される可能性があるからだ。

天文学者は、宇宙にあるすべての大きな銀河の中心には超大質量ブラックホールがあると考えています。しかし、研究者は宇宙に存在すると考えられている数十億、あるいは数兆もの超大質量ブラックホールを数えることは期待できないため、この仮説を検証することは困難です。代わりに、研究者はより小さなサンプルから推定して、より大きな集団について知る必要があります。したがって、特定のサンプルに隠れた超大質量ブラックホールの割合を正確に測定することは、科学者が宇宙の超大質量ブラックホールの総数をより正確に推定するのに役立ちます。

天体物理学ジャーナルに掲載された新しい研究によると、超大質量ブラックホールの約35%がひどく隠されている。つまり、周囲のガスと塵の雲が厚すぎて、低エネルギーのX線光さえも遮ってしまうということだ。同様の調査では、超大質量ブラックホールの15%未満がこのように隠されていることが判明している。 科学者たちは、銀河の成長モデルに基づくと、実際の割合は50/50に近いはずだと考えている。観測結果が超大質量ブラックホールの半分よりかなり少ないものが隠されていることを今後も示し続けるなら、科学者たちはこれらの物体と、それらが銀河の形成に果たす役割についての主要な考えを調整する必要があるだろう。

隠された宝物
ブラックホールは本質的に暗く、光ですらその重力から逃れることができないが、宇宙で最も明るい天体の一つにもなり得る。排水溝を回る水のように、ガスが超大質量ブラックホールの周りの軌道に引き込まれると、極度の重力によって非常に強い摩擦と熱が生じ、ガスの温度は数十万度に達し、周囲の銀河のすべての星よりも明るく輝く。

明るい中心の円盤を取り囲み、補充するガスと塵の雲は、おおよそトーラス、つまりドーナツの形をしていると考えられます。ドーナツの穴が地球に面していれば、その中の明るい中心の円盤が見えます。ドーナツを横から見ると、円盤は見えません。


ガスと塵のトーラスに囲まれた超大質量ブラックホールが、4つの異なる光の波長で描かれている。
このアーティストの概念図では、ガスと塵のトーラスに囲まれた超大質量ブラックホールが、4 つの異なる光の波長で描かれています。可視光 (右上) と低エネルギー X 線 (左下) はトーラスによってブロックされ、赤外線 (左上) は散乱して再放射され、一部の高エネルギー X 線 (右下) はトーラスを透過できます。
NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
ほとんどの望遠鏡は、正面から見ると超大質量ブラックホールを比較的簡単に特定できるが、側面から見るとそうではない。しかし、新しい論文の著者らが利用した例外がある。トーラスは中心光源からの光を吸収し、赤外線領域(人間の目が感知できる波長よりわずかに長い)の低エネルギー光を再放射する。基本的に、ドーナツは赤外線で光る。

これらの光の波長は、NASAの赤外線天文衛星(IRAS)によって検出された。IRASは1983年に10か月間運用され、南カリフォルニアのNASAジェット推進研究所によって管理されていた。全天を撮影する調査望遠鏡であるIRASは、超大質量ブラックホールを取り囲む雲からの赤外線放射を観測することができた。最も重要なことは、IRASがブラックホールの端と正面を同じようによく見つけることができたことだ。

IRAS は、数百の初期ターゲットを捉えた。その一部は、非常に隠されたブラックホールではなく、同様の赤外線を発する星形成率の高い銀河であることが判明した。そこで、新しい研究の著者らは、地上の可視光望遠鏡を使用して、それらの銀河を特定し、隠れたブラックホールから分離した。

研究者たちは、真横から見ると非常に隠されているブラックホールを確認するために、NASA のNuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) に頼った。これは JPL が管理する X 線観測装置である。X 線は、ブラックホールの周囲の最も高温の物質から放射される。低エネルギーの X 線は周囲のガスと塵の雲に吸収されるが、NuSTAR が観測する高エネルギーの X 線は雲を貫通して散乱する。これらの X 線を検出するには何時間もの観測が必要になるため、NuSTAR で作業する科学者はまず、どこを見るべきかを教えてくれる IRAS のような望遠鏡を必要とする。


NASA の NuSTAR X 線望遠鏡。このアーティストのコンセプトに描かれている。
このアーティストの構想図に描かれているNASAのNuSTAR X線望遠鏡は、周囲の厚いガスと塵の雲によって視界から隠されている超大質量ブラックホールの数を天文学者がより正確に把握するのに役立っています。
NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
「IRASとNuSTARがこのプロジェクトにどれほど役立ったかは驚きです。特にIRASが運用されていたのは40年以上も前のことですが」と、カリフォルニア州パサデナにあるカリフォルニア工科大学の天体物理学者で、研究リーダーのピーター・ブールマン氏は言う。「これは、望遠鏡アーカイブの遺産的価値と、複数の機器と光の波長を一緒に使用することの利点を示していると思います。」

数の優位性
隠れたブラックホールの数と隠れていないブラックホールの数を比較することで、科学者はこれらのブラックホールがどのようにしてこれほど大きくなるのか理解できる。ブラックホールが物質を消費して成長するのであれば、相当数のブラックホールが厚い雲に囲まれ、見えなくなる可能性がある。ブールマン氏と共著者は、今回の研究がこの仮説を裏付けていると述べている。

さらに、ブラックホールは、主に銀河の成長に影響を与えることで、その存在する銀河に影響を与えます。これは、巨大なガスと塵の雲に囲まれたブラックホールが、膨大な量の物質を消費する(ただし、無限ではない)ために起こります。一度にブラックホールに向かって落ち込む物質が多すぎると、ブラックホールは余分な物質を吐き出し、銀河に放出し始めます。これにより、星が形成されつつある銀河内のガス雲が分散し、そこでの星形成速度が遅くなります。

「ブラックホールがなければ、銀河はもっと大きいはずです」と、英国サウサンプトン大学の天体物理学教授で、今回の研究の共著者でもあるポシャク・ガンジー氏は言う。「ですから、天の川銀河に超大質量ブラックホールがなければ、空にはもっと多くの星があったかもしれません。これは、ブラックホールが銀河の進化にどのような影響を与えるかを示す一例にすぎません。」

NuSTARについて
NuSTAR は、カリフォルニア工科大学が主導し、南カリフォルニアの NASA ジェット推進研究所がワシントンの NASA 科学ミッション局のために管理する小型探査ミッションであり、デンマーク工科大学およびイタリア宇宙機関 (ASI) と共同で開発されました。この宇宙船は、バージニア州ダレスの Orbital Sciences Corp. によって建造されました。NuSTAR のミッション運用センターはカリフォルニア大学バークレー校にあり、公式データ アーカイブは NASA ゴダード宇宙飛行センターの NASA 高エネルギー天体物理学科学アーカイブ研究センターにあります。ASI は、ミッションの地上局とミラー データ アーカイブを提供します。カリフォルニア工科大学は、NASA のために JPL を管理しています。

NuSTAR の詳細については、以下をご覧ください。

翻訳:http://www.nustar.caltech.edu/


最新の画像もっと見る

コメントを投稿