ブラックホールの間欠泉「宇宙ジェット」の発生予報が可能に

【2026年11月12日 富山大学】

宇宙のいたるところに存在するブラックホールは、周辺のガス（プラズマ）を吸い込む直前に、光速の99%以上の速度でガスの一部を水鉄砲や温泉地の間欠泉のように細長く噴出する現象（ジェット現象）を起こす。このジェットは太陽の数倍程度の質量をもつ恒星質量ブラックホールだけでなく、銀河の中心に存在し太陽の10万～数十億倍の質量をもつ超大質量ブラックホールでも普遍的に発生し、銀河の外まで影響を及ぼして銀河の成長の歴史を左右してきたと考えられている。また、高エネルギーの宇宙線の有力な発生源の候補でもある。しかし、いつ起こるかを予知できないため詳細な観測データが乏しく、理解は進んでいなかった。

ジェットを噴出するブラックホールの想像図（提供：名古屋大学リリース）

富山大学の川口俊宏さんと名古屋大学宇宙地球環境研究所の山岡和貴さんの研究チームはこれまでの研究で、恒星とブラックホールが互いの周りを回るブラックホール連星「XTE J1859+226」のX線と電波の観測データの解析から、ブラックホールを取り巻くガス円盤の内縁半径が急激に小さくなることと、最もブラックホールに近い位置で遠心力と重力が釣り合う「最内縁安定軌道」に達することの2つの条件がそろうことで、ジェットが噴出することを明らかにしている。

過去に研究チームが明らかにしたジェット噴出条件のイメージイラスト。（左）ジェット発生の前、ブラックホールの周りを回るガス円盤の内縁半径は、ブラックホールから遠い位置にある。（中・右）円盤の内縁半径が十分速く最内縁安定軌道まで縮むとジェットがしばらく噴出する。円盤の内縁半径の縮む動きが止まると、ジェット噴出自体も止まる。画像クリックで表示拡大（提供：川口俊宏（富山大）、山岡和貴（名古屋大））

研究チームは今回、この条件が多くのブラックホールに共通して成り立つかを確かめるため、X線天文衛星「RXTE」の観測データや、国際宇宙ステーションに搭載されたX線観測装置「NICER」と全天X線監視装置「MAXI」のデータなどをもとに、4つのブラックホール連星（XTE J1859+226、XTE J1550-564、GX 339-4、MAXI J1820+070）の振る舞いを詳しく調べた。

その結果、全ての天体で、ガス円盤の内縁半径がジェット発生の1日から10日程度前から急速に縮み始めて、X線変動率（X線の明るさの揺らぎの大きさ）も減少を続けるという、共通の振る舞いが明らかになった。また、内縁半径の縮小がX線変動率の減少よりも先に始まることが少なくとも2天体でわかり、内縁半径の継続的な計測がジェット予報に有効であることが示された。

今後は、ガス円盤の内縁半径とX線変動率がともに減り続け、内縁半径がまもなく最内縁安定軌道に達しそうな状況になった際には、「〇日〇時ごろにジェット発生が予想される」と世界の研究者にアラートを発令し、観測装置の準備を整えられるようになる。

研究チームはさらに、ブラックホールへのガス降着率の時間変化を推定する手法も開発し、ジェット噴出の前後の増減を調べた。その結果、ジェット噴出時に降着率は急増していないこと、少なくとも2天体では降着率の臨界値（ガスが放つ光の圧力によって、それ以上ガスが落ち込めなくなる上限）よりも十分小さい状況でジェットが発生していることが明らかになった。大量のガスが一気に流れ込み、その一部が向きを変えて噴き出すという描像とは異なる結果だ。

4天体におけるガス円盤の内縁半径とガス降着率の時間変化。縦の破線は電波観測から推定されたジェット噴出のタイミングを表し、水平の点線は、降着率の臨界値（赤色）と最内縁安定軌道の半径（青色）を示す。共通して、ジェット噴出前に円盤の内縁半径が急減少していること（緑色矢印）がわかった。画像クリックで表示拡大（提供：川口俊宏（富山大）、山岡和貴（名古屋大））

今回の成果により、ジェットが予測される時期に合わせて高頻度観測を行ったり、次のジェット噴出へ向けて多波長の観測網を整えたりすることが可能になる。こうして得られるデータは、ジェット噴出や宇宙線発生の物理過程、銀河の成長史におけるジェットの影響の解明に大きく寄与すると期待される。

また、もしブラックホールの速い自転がジェットの原因なら、ゆっくり自転するブラックホールでは予兆現象が現れてもジェットは出ないはずだ。別の天体でも観測を行って、予兆現象の後に全ての天体で必ずジェットが出ていれば、「ブラックホールの回転エネルギーによるジェット生成」という説の再考が迫られるかもしれない。