光度の周期変動型クェーサーは2つの超大質量ブラックホール合体の証拠か

そして明るくなるフェーズの到来が予想されたことから、さらなる周期性の検証のため、2023年10月から2024年4月に光赤外線天文学大学間連携(OISTER)への観測依頼が出された。OISTERによる可視・近赤外線での観測では、2つのMITSuMEに加え、埼玉大学の55cm反射望遠鏡「SaCRA(サクラ)」に取り付けられた3波長同時偏光撮像装置「MuSaSHI(ムサシ)」が用いられ、その観測の結果、正弦波モデルの予想通り増光に転じていたという。

さらに、上記のアーカイブデータも併せて周期の測定が行われた結果、約1900日周期(静止系で約700日)であることが突き止められた。なお、遠方の天体ほど宇宙膨張により地球から遠ざかっており、観測された光は赤方偏移の値が大きくなる。赤方偏移の値が大きいと、光の波長は引き延ばされるため、地球よりも時間の経過速度が遅くなる。なお静止系とは、その影響を取り除いた値のことだ。

続いて、2つのバイナリー大質量ブラックホール(BSBH)による仮説が検証された。BSBH系では、降着円盤を伴うSMBHの速度が周期的に変化することがわかっている。さらに、それらのSMBHが光の速度に近い相対論的速度で運動していると、観測される光も相対論的効果を受け、観測者に近づくと明るく、遠ざかると暗くなる。この物理過程は「相対論的ドップラーブースト」(相対論的DB)と呼ばれる。周期運動と相対論的な効果が組み合わさることで、結果として明るさも周期的に変化すると考えられている。

相対論的DBでは、異なる波長間の光度変動幅比と天体のスペクトルの勾配比との間に比例関係がある。そこで、観測された振幅比とスペクトルの勾配比が調べられたところ、データ点と相対論的DBによる理論予想が概ね一致したとする。このことから研究チームは、今回のクェーサーの周期光度変動はBSBHの相対論的DBによって引き起こされた可能性があるとしたうえで、ELIRGは銀河同士の合体を経験していると考えられるため、この周期光度変動はSMBH同士の合体の現場を、測光観測という形で捉えた可能性もあるとしている。

なお実際には、周期光度変動クェーサーは追観測において、周期性が崩れることも多くあるという。また今回の周期光度変動は、ランダムな変動パターンの中で偶然に発生した可能性も除外し切れていないとする。そのため研究チームは今後も観測を継続し、結論を出す予定としている。
（波留久泉）