科学者たちは、NASAが新たに設置した1億8800万ドルの宇宙望遠鏡IXPEを使用することで、ブラックホールから放出される光やその他の電磁放射の理解が「大きく前進」したと報告した。
今週ネイチャー誌に掲載された研究論文によると、電子ビームは動きの遅い粒子に衝突して衝撃波を引き起こし、その結果、X線から可視光線までの周波数帯域にわたる電磁放射が生じるという。
天文学者が準恒星電波源、すなわちクエーサーを初めて観測したのは1960年代初頭でした。この新しい種類の天体は謎に満ちていました。恒星のように見えながら、電波周波数で非常に明るく放射し、その光学スペクトルには「通常の」恒星には見られない奇妙な輝線が含まれていました。実際、これらの奇妙な天体は、遠方の銀河の中心にある巨大なブラックホールなのです。
超大質量ブラックホールから放出されるジェットにおける粒子の加速。図版クレジット：Liodakis et al/Nature
電波天文学とX線観測衛星の進歩により、科学者たちは異常な放射線が光速近くまで加速された荷電粒子の流れによって引き起こされることを理解しました。もしそれが地球を指している場合、その発生源であるクエーサーはブレーザーと呼ばれます。ブレーザーからの電磁放射は、電波から可視スペクトル、そして非常に高周波のガンマ線まで、多岐にわたり観測可能です。
しかし、超高速粒子がどのようにして放射線を放出するのかについては謎が残されています。
この現象を解明するために、フィンランドのトゥルク大学の博士研究員であるイオアニス・リオダキス氏は、X線の観測と測定を目的に設計されたNASAのImaging X-ray Polarimetry Explorer（IXPE）宇宙望遠鏡のデータを使用した。
リオダキス氏とその同僚は、X線の偏光を測定する新しいキットの機能（X線偏光測定法）を利用して、重要な洞察を得ようとした。
科学者たちは、偏光X線データと光学偏光可視光データを比較することで、電磁放射はブラックホールから放出される荷電粒子の流れ内の衝撃波から生じたという結論に達した（図を参照）。
付随論文の中で、NASAアインシュタイン博士研究員でイェール大学のリー・マルコトゥリ氏は次のように述べています。「このような衝撃波は、光速に近い速度で移動する粒子が、その経路上でより低速な物質に遭遇したときに自然に発生します。この衝撃波を通過する粒子は、急速かつ効率的に放射線を失い、その際に偏光X線を生成します。粒子が衝撃波から離れるにつれて、放出される光の周波数は徐々に低下し、偏光も弱まってきます。」
- 写真：天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホール、いて座A*
- はるか昔、はるか遠くの銀河系で、巨大なブラックホールがガスを噴き出し、それが星の形成に役立ったと考えられています
- NASAの新しいブラックホール観測機が軌道に乗る
- 中性子星とブラックホールが衝突するまで長い時間待たなければなりませんが、その後2組が同時に衝突します。
マルコトゥリ氏は、リオダキス氏の研究はX線偏光計のレンズを通して観測された初めてのブレーザーであり、その結果は「驚くべきもの」だと語った。
ブレーザージェットは、宇宙で最も強力な粒子加速器の一つです。その状態は地球上では決して再現できないため、素粒子物理学を研究するための優れた「実験室」となっています。現在までに数千個のブレーザーが、あらゆる波長で検出されていますが、粒子が放出され加速されるメカニズムは依然として解明されていません。リオダキス氏らによる多波長偏光データは、粒子加速メカニズムの明確な証拠を示しており、著者らの研究成果は、ブレーザーに関する理解における転換点となるでしょう。
「この大きな前進により、発見以来多くの研究の焦点となってきた極限粒子加速器の性質を理解するための理解に、我々はさらに一歩近づくことになる。」
昨年12月、スペースX社のファルコン9ロケットがフロリダ州ケネディ宇宙センターからNASAのIXPEミッションを打ち上げました。このミッションは、超新星残骸、超大質量ブラックホール、その他の高エネルギー天体の観測を目的としています。
このプロジェクトは2017年に初めて承認され、費用は1億8,800万ドルと予想されていました。これは、NASAの旗艦プログラムにおける最大規模のミッションの費用が10億ドルを超えることが多いことと比較すると、控えめな金額です。®
