私たちの宇宙で発見されたすべての奇妙な種類のものの中で、ブラック ホールはおそらく、最も魅力的で最も恐ろしいものの 1 つであると考えられます。 「ブラックホール」という名前だけで不気味な感じがします。十分に質量の大きい星が超新星爆発を起こし、それ自体が崩壊した後、時空構造のこれらの宇宙の穴が形成されます。ブラック ホールの重力場は非常に強力であるため、何も逃れられません。
光でさえその重力から逃れることはできないため、ブラック ホールを直接観察することは不可能です。代わりに、科学者はブラック ホールの周囲の影響を探します。たとえば、重力場の影響を受ける星の奇妙な動きや、大量のエネルギー パルスを示す空間内のポイントなどです。
運が良ければ、宇宙のちりやガスを吸い込むブラック ホールがおやつを食べているところを見つけることができます。これは、王立天文学会のために今月初めに発表された研究で語られた話であり、英国の天文学者のチームが、光速の 30% でブラック ホールに吸い込まれる物質をリアルタイムで観察したことを報告しています。
観測されたブラック ホールの活動は、セイファート銀河 PG1211+143 の中心に局在しています。今日の天体物理学者の間では、ほとんどの銀河の中心には銀河の「コア」として機能する超大質量ブラック ホールがあることが一般的に受け入れられています。研究者チームは、欧州宇宙協会によって打ち上げられ維持されている巨大な X 線望遠鏡である XMM ニュートンからのデータを使用して、PG1211+143 の銀河核、10 億光以上の天体に目を向けました-何年も離れています。彼らが発見したのは、観測されたスペクトルが銀河中心部から発せられている際に有意な赤方偏移であり、観測された物質がそれらから非常に急速に遠ざかっていることを示しています。計算により、研究者は、物質が光速の 30% (毎秒約 100,000 km) の速度でコアの超大質量ブラック ホールに落下していると判断しました。さらに、このデータは、超高速で落下する物質の軌道が、降着円盤によって導かれる曲線ではなく、ほぼ直線であることを示しており、ブラック ホールのダイナミクスに関して行われた最近の理論的研究を裏付けています。
ブラックホールを「見る」方法
前述のように、光でさえブラック ホールから逃れることはできないため、科学者は間接的な手段を使用してブラック ホールを観測する必要があります。これを行う 1 つの方法は、ブラック ホール周辺の領域から受信した光のスペクトルの赤方偏移または青方偏移の量を測定することです。望遠鏡を手に取り、見たい空間の領域に向けます。入ってくる光を測定し、その光信号が引き伸ばされたり押しつぶされたりして歪んでいないかどうかを確認します。入ってくる波長が引き伸ばされている場合（赤方偏移）、それは光を発している物体があなたから急速に遠ざかっていることを示しています。逆に、それらが押しつぶされている場合（ブルーシフト）は、体があなたに向かって動いている証拠です。波長シフトの正確な特徴に応じて、科学者は、宇宙の膨張や近くのブラック ホールの重力活動など、シフトの原因となっているメカニズムを推定できます。
測定技術を念頭に置いて、研究者チームは 2014 年の PG1211+143 の観測中に XXM ニュートンによって取得された大量の X 線データに注ぎ込みました。彼らが発見したのは、XXM ニュートンの 2659 番目の回転から収集されたスペクトル データに顕著な赤方偏移があったことです。チームは全体の赤方偏移を 0.48±0.01 と計算しました。これは、放出された光の光源が観測者から 0.3c の割合で遠ざかったことを示しています。 .さらに、質量体は非常に近く、穴のサイズの約 20 倍の距離にあると推定されました。その後の XXM ニュートンの軌道から取得したデータを分析すると、スペクトル線の継続的な赤方偏移が示され、チームが継続的にブラック ホールに吸い込まれている物質の本体を見ているという証拠が得られました。
おそらく最も興味深いのは、吸収された物質の落下軌跡がほぼ直線だったことです。これまでの考えでは、ブラック ホールの降着円盤はブラック ホール自体と同じ方向に回転すると考えられていました。そのため、物質が落下した場合、ゆっくりと沈み込むため、一般的な湾曲した軌道に従います。しかし、ブラック ホールの降着円盤のダイナミクスに関する最近の理論的研究は、ブラック ホールの回転に対する降着円盤のずれが原因であることを示しています。降着円盤が多数の不安定な小さな円盤に「壊れる」可能性があります。これらの小さな円盤は互いに衝突し、それらを構成する粒子の運動量を相殺して、ガスと粒子が超大質量ブラックホールドに比較的直線で落ちることを可能にします。現在の観察結果は、これらの理論的予測を裏付けているようです。
研究者たちは、彼らのデータが、電離物質がブラック ホールに収束しているという明確な直接的証拠を提供していると確信しています。さらに、彼らのデータは、大規模な降着円盤の引き裂きの証拠を提供しており、その結果、超高速の視線方向への物質の流入が起こっています。 「ブラック ホールに向かって引き寄せられ、穴に飲み込まれる前に光速の 3 分の 1 まで加速する地球サイズの物質の塊を約 1 日追跡することができました。」主任研究員の Ken Pounds は Phys.org に語っています。
研究者はまた、ブラック ホールでの無秩序な降着円盤の活動により、ブラック ホールの質量がより急速に増加する可能性があると主張しています。円盤衝突による粒子の運動量の停止は、ブラック ホール自体の回転を遅くし、より多くのガスと粒子が落下することを可能にします。このようなメカニズムは、初期宇宙におけるブラック ホールの理論上の急速な成長の背後にある可能性があります。
