ほぼ光速に達している。超大質量ブラックホールの自転速度を測定成功

NASAは7月3日、オクラホマ大学のXinyu Dai氏らによるＸ線観測衛星「チャンドラ」を利用した研究によって、遠方宇宙にある超大質量ブラックホールの自転速度を測定することに成功したと発表しました。

チャンドラがX線で捉えたクエーサーたち。重力レンズ効果によって複数の像に分裂して見えています

観測の対象となったのは、98億から109億光年先にある「クエーサー」。クエーサーは周囲の物質を活発に飲み込む超大質量ブラックホールの存在を示すものとされており、飲み込まれつつある物質によって形成された降着円盤の輝きは、ブラックホールが存在する銀河をも上回るほどです。

ただ、どんなクエーサーでも良かったわけではありません。研究チームが選んだのは、クエーサーと地球との間に別の銀河が存在することで生じる「重力レンズ」効果によって、複数の像に分かれて見える5つのクエーサーです。そのなかには、重力レンズの存在を予言したアルベルト・アインシュタインにちなんで「アインシュタインの十字架（Einstein Cross）」と名付けられた「Q2237+0305」（以下「Q2237」）も含まれています。

「アインシュタインの十字架」こと、クエーサー「Q2237+0305」のX線画像

研究チームは、重力レンズ効果をもたらす銀河のなかにある恒星によって生じる「重力マイクロレンズ」効果も利用して、背後にあるクエーサーから発せられたＸ線をチャンドラで観測しました。その結果、Q2237に存在するとみられる超大質量ブラックホールの自転速度はほぼ光速に達しており、その他のクエーサーはその半分ほどの速度で自転していることが判明しました。

発表では、なぜそこまでの速さで自転できるのかについても言及されています。それによると、自身の自転と一致する方向から何十億年にも渡って物質の供給を受けることで、ブラックホールは成長すると同時に自転速度を加速させていったといいます。

ブラックホールの周囲に形成される降着円盤はブラックホールの自転方向と揃うので、そこから物質が流れ込むことで、自転そのものが正のフィードバックを受けて加速され続けることになるわけです。

人類が直接撮像に成功したブラックホールは、今のところ楕円銀河「M87」の中心にある超大質量ブラックホールのみ。その他のブラックホールはあくまでも仮定の存在ではあるのですが、もはやブラックホール抜きでは説明できない天体も数多く、現在ではその存在が当たり前のものとして研究が進められています。

 

Image Credit: NASA/CXC/Univ. of Oklahoma/X. Dai et al. NASA’s Goddard Space Flight Center; background, ESA/Gaia/DPAC
http://chandra.harvard.edu/photo/2019/quasars/
文／松村武宏