合体する 2 つの銀河の中心にある一対の活動的なブラック ホールをアーティストが描いたもの。それらはそれぞれ、回転軸に沿って物質が放出される高温ガスの降着円盤に囲まれています。強力な磁場によって閉じ込められたジェットは、破壊的なエネルギーのビームとしてほぼ光の速度で宇宙を飛び越えます。クレジット:NASA、ESA、Joseph Olmsted (STScI)。 新しい研究により、わずか 100 パーセク (または 326 光年) しか離れていない 2 つの超大質量ブラック ホールという驚くべきペアが発見されました。宇宙の壮大な計画から言えば、これはかなり近いことです。この発見は、8億光年離れた銀河MCG-03-34-64で行われた。 2 つのブラック ホールが非常に近いため、この発見は驚くべきものです。ほとんどの二重ブラックホールは、合体後期の塵やガスによって隠されることが多いため、はるかに離れているか、検出が困難です。
マサチューセッツ州ケンブリッジにあるハーバード＆スミソニアン天体物理学センターのアンナ・トリンダーデ・ファルカン氏は、「このような現象が見られるとは予想していませんでした」 と天体物理学ジャーナルに掲載された論文の筆頭著者であると述べた。 。
この発見は、これまでに観測された中で最も近い二重活動銀河核 (AGN) の 1 つです。研究者らは、ハッブル宇宙望遠鏡 (HST)、チャンドラ X 線天文台、超大型アレイ (VLA) などの印象的なツールを使用して、これら 2 つのブラック ホールの存在を確認しただけでなく、それらの相互作用とダイナミクスを前例のない詳細に研究することもできました。
この銀河で何が起こっているのでしょうか?
MCG-03-34-64 は、約 7,800 万光年離れたガスが豊富な赤外線発光銀河で、局所宇宙で最も強力な X 線源の 1 つとして特定されています。この「ローカル宇宙」とは、いわば宇宙の「私たち」の片隅にある銀河群のことです。この銀河は、中心のブラック ホールを取り囲む物質の厚い層を示す、神秘的で大量に吸収された X 線スペクトルにより、研究者にとってすでに興味深いものでした。しかし、ハッブルによる定期的な観測中に、活動原子核が 1 つだけではなく 2 つ存在する可能性が明らかになりました。
「この眺めは近くの宇宙ではよくあることではなく、銀河の内部で何か別のことが起こっていることを教えてくれました」とファルカオ氏は語った。
ハッブル宇宙望遠鏡による銀河 MCG-03-34-064 の可視光画像。ハッブルの眺めでは、銀河の中心の白い楕円の中に埋め込まれた 3 つの異なる明るい点が明らかになります (右上の挿入画像で拡大)。これらの明るい点のうち 2 つは強力な X 線放射の源であり、それらが超大質量ブラック ホールであることの明らかな兆候です。両者の距離は約 300 光年です。 3 番目のスポットは明るいガスの塊です。右下の青い縞は、ブラック ホールの 1 つから発射されたジェットである可能性があります。ブラック ホールのペアは、最終的に衝突する 2 つの銀河の合体の結果です。クレジット:NASA、ESA、Anna Trindade Falcão (CfA)。 ほとんどの大きな銀河は、その中心に超大質量ブラックホールを抱えており、これは銀河の進化にとって極めて重要です。これらのブラックホールは太陽の数百万倍から数十億倍もあり、ガスや塵を吸い込んで成長します。したがって、それらの成長は銀河の発展と結びついており、星の形成に影響を与えます。その間、それらは活動銀河核 (AGN) として強力なエネルギーを放出します。
MCG-03-34-64 の場合、2 つの超大質量ブラック ホールの発見は銀河の合体を示唆しています。それぞれの銀河が独自のブラックホールをもたらした可能性があります。銀河が合体すると、最終的にブラックホールが合体し、銀河の将来に影響を与えます。この二重システムは、ブラック ホールの合体が銀河の成長と進化においてどのように重要な役割を果たしているかを浮き彫りにしています。
重力波を追う
二重 AGN システムのダイナミクスを理解することも重力波天文学の鍵です。これらのブラック ホールの最終的な合体は、時空に波紋を送り、パルサー タイミング アレイなどの高度な機器で検出できます。これらの信号は、ブラック ホールの物理学と宇宙自体の構造についての新たな洞察を解き放つ可能性があります。
このタイプの二元 AGN 構造は、銀河の合体がより頻繁に行われていた初期の宇宙では、より一般的でした。この発見は、研究すべきユニークなクローズアップ例を提供します。以前、私たちは数キロパーセクの間隔で二重 AGN を特定しました。しかし、キロパーセク未満の距離を実現するシステムは依然としてとらえどころがありません。研究によると、わずか 100 パーセクの分離しか持たない候補システムの発見は、そのような観測の新しいベンチマークを設定するため、特に重要です。
2つの超大質量ブラックホールは現在、それぞれのホスト銀河の中心には存在しません。両者の近さは互いに惹かれ合い、最終的には合併につながります。まあ、おそらく1億年後くらいでしょう。もしこれが起こった場合、宇宙の構造そのものがガタガタになり、重力波が発信されるでしょう。
米国科学財団のレーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) は、過去により小さなブラック ホールからの重力波を検出しました。しかし、超大質量ブラックホールの合体によって生じるより長い波長は、LIGO の能力を超えています。
ありがたいことに、研究者たちはすでに LISA (レーザー干渉計宇宙アンテナ) と呼ばれる次世代の重力波検出器の開発に取り組んでいます。このミッションは、深宇宙からのこれらより長波長の重力波を捕捉するために、数百万マイル離れた宇宙にある3つの検出器で構成されます。 ESA (欧州宇宙機関) が NASA や他の参加機関と協力してミッションを主導し、2030 年代半ばの打ち上げを予定しています。
ジャーナル参照:Anna Trindade Falcão et al、MCG-03-34-64 の ~100 pc 分離の候補二重活動銀河核の解決、天体物理学ジャーナル （2024年）。 DOI:10.3847/1538-4357/ad6b91
