巨大ブラックホールに吸い込まれる冷たいガス雲の塊

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10億光年彼方の楕円銀河の中心にある超大質量ブラックホールにガス雲の塊が雨のように降る様子がとらえられた。冷たく高密度のガスが銀河中心のブラックホールに落ちていく現象を直接観測した初めての例となる。

【2016年6月13日 アルマ望遠鏡

これまで、巨大な銀河の中心にある超大質量ブラックホールはゆっくりと一定のペースで高温の電離ガスを吸い込んでいくと考えられてきたが、最近では、超大質量ブラックホールは不規則なペースで低温のガス塊を吸い込むという説も考えられるようになっている。

米・イエール大学のGrant Tremblayさんたちの研究チームが行った観測から、冷たく高密度のガスが銀河中心のブラックホールに落ちていく様子がとらえられ、後者の説が初めて直接裏付けられた。

研究チームは、みずがめ座の方向約10億光年の距離に位置する、50個ほどの銀河を含む銀河団「エイベル2597」をアルマ望遠鏡で観測した。この銀河団の中心には巨大な楕円銀河が存在している。

NASAのX線天文衛星「チャンドラ」の観測によって、エイベル2597の銀河の間の空間は希薄で高温な電離ガスで満たされていることがわかっている。「この非常に高温のガスは、すぐに冷えて凝縮してしまいます。凝縮したガスは銀河に落下していき、そこで星の形成を促進したりブラックホールに落ちていったりします」(Tremblayさん)。

銀河団エイベル2597の中心に位置する巨大楕円銀河の周囲の想像図
銀河団エイベル2597の中心に位置する巨大楕円銀河の周囲の想像図。周囲を取り巻く高温で希薄な電離ガスの一部が冷えて密度の高いガス塊となり、銀河に落下していく様子を表している(提供:NRAO/AUI/NSF; D. Berry / SkyWorks; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))

アルマ望遠鏡がとらえたのは、3つの巨大で冷たいガス塊が、秒速300kmで超大質量ブラックホールに向かって落下している様子だ。それぞれのガス塊は数十光年にもわたる大きさで、太陽の100万倍もの質量を持っている。巨大楕円銀河の中心近くで、高温ガスが冷えて凝縮し銀河に落ちていくというプロセスがシナリオ通りに起こっている様子が、初めて観測されたのである。

銀河団エイベル2597の中心にある巨大楕円銀河
銀河団エイベル2597の中心にある巨大楕円銀河の擬似カラー画像。ブラックホールのすぐ近くから発せられる電波が手前に位置する冷たいガスに吸収されて「影」となっており、その「影」のデータから3つのガス塊が秒速300kmでブラックホールに落下していることがわかった(提供:B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); G. Tremblay et al.; NASA/ESA Hubble; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))

実際には3つだけでなく数千個もの塊がブラックホールの周りに存在し、それをブラックホールが長期にわたって食べ続けるのではないかと研究者たちは考えている。こうした現象がありふれたものであるという理論予測を確かめるために、研究チームではアルマ望遠鏡を使って他の銀河を観測する計画を立てている。