プラズマの放射冷却で探るM87ジェットの磁場強度

【2023年6月12日 国立天文台VERA】

おとめ座の方向約5500万光年の距離に位置する楕円銀河M87は、中心に位置する超大質量ブラックホールのシャドウが撮影されたことで知られる。銀河中心の超大質量ブラックホールのなかには、引き寄せたガスの一部を光速に近いスピードで噴出しているものがあり、M87の中心核もその一つだ。このような「活動銀河核ジェット」の噴出には磁場が深く関与していると考えられるが、その磁場の強度については未解明な点が多い。

韓国天文研究院（KASI）および延世大学のHyunwook Roさんたちの研究チームは、日韓合同VLBI観測網「KaVA」を用いてM87のジェットを2つの周波数帯でほぼ同時に観測し、ジェット中の磁場強度の推定を試みた。

ブラックホール近辺から噴出された物質は、非常に高温のプラズマ状態になっている。このプラズマは磁場が強いところほど短時間で冷えるため、プラズマの冷え具合を調べることで磁場強度が推定可能だ。Roさんたちは今回、あまり冷えていないプラズマに対応する22GHz帯とよく冷えたプラズマに対応する43GHz帯の周波数帯で観測を行った。

（上中）M87ジェットの電波画像（上：22GHz帯、中：43GHz帯）。（下）ジェットの放射冷却度合いを表したカラーマップ。青はプラズマが冷えている部分、赤はあまり冷えていない領域に対応する。等高線は22GHz帯の電波強度（提供：Ro et al. 2023）

解析の結果、超大質量ブラックホールからの距離が約2～10光年の範囲で、ジェットの磁場強度が0.3～1ガウス程度であることがわかった。この強度をジェット根元のブラックホールの近傍まで外挿すると、ジェット中の磁場強度は中心からの距離に反比例することが示唆される。ブラックホール近傍のジェット中の磁束が、著しく散逸されることなく下流まで運ばれていることを示す結果だ。

KaVAのイメージイラスト。下は今回参加した観測局の電波望遠鏡で、左から順にヨンセイ局、ウルサン局、タムナ局、VERA水沢局、入来局、小笠原局、石垣局（提供：NAOJ/KASI）

「現在開発中のVERA3.5mm帯（86GHz帯）受信機が完成すれば、今後M87ジェットのさらに根元付近での放射冷却の様子や磁場を探ることが可能になると期待されます」（国立天文台水沢VLBI観測所 秦和弘さん）。