画期的な測定により、光速の4分の1の速度で回転するブラックホールが明らかに

May 23 2024

天文学者たちは超大質量ブラックホールの回転を測定することに成功した。これはブラックホールが宇宙でどのように成長したかを明らかにするのに役立つかもしれない。

超大質量ブラックホールの潮汐破壊イベントの図。

天文学者のチームは、偶然に恒星と遭遇し、その恒星をすぐに破壊したおかげで、遠方の超大質量ブラックホールの回転速度を計算することに成功した。

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「ブラックホールの回転は、その進化と結びついています。例えば、数十億年かけてガスが着実に集積して成長したブラックホールは、回転速度が速い傾向がありますが、他のブラックホールとの合体によって成長したブラックホールは、回転速度が遅いはずです」と、MITの天文学者で新論文の筆頭著者であるディーラジ・パシャム氏は、ギズモードへのメールで述べた。

ブラックホールは、事象の地平線と呼ばれる特定の地点を超えると光さえも逃れられないほど強力な重力場を持つ時空領域です。しかし、ブラックホールは大量の物質をその周囲に引き寄せるため、研究者はこれらの影の巨体の物理的性質を研究することができます。その物質、つまり岩石の破片、塵、ガスの集合体がブラックホールの降着円盤であり、その明るい輝きにより、イベント・ホライズン・テレスコープはブラックホールの影を直接撮影することができます。

「超大質量ブラックホール、そしてそのホスト銀河が時間の経過とともに成長するモードは他にもあり、それぞれのモードにはスピン分布に関する特定の予測があります」とパシャム氏は付け加えた。「したがって、超大質量ブラックホールのスピンの乱れを測定できれば、それら（およびそのホスト銀河）が宇宙の時間をかけてどのように成長したかを制限できます。」

時々、ブラックホールに近づきすぎた不運な星が潮汐力に巻き込まれ、粉々に引き裂かれることがあります。星の一部は宇宙に放り出され、一部は引き伸ばされて過熱された恒星物質の塊となり、ブラックホールの降着円盤の一部になります。

この回転する巨星は2020年2月に発見された。ツビッキー・トランジェント・ファシリティが地球から10億光年離れた物体からの閃光を検出したのだ。研究チームは、X線波長で宇宙を観測するNASAのNICER望遠鏡を使用して、潮汐破壊現象だと考えられる光源を200日以上にわたって研究した。

研究チームは、X 線源からの放射が 15 日ごとにピークに達することを発見しました。このことから、研究チームは、これらのピークは降着円盤が望遠鏡と一直線になったときに発生したと結論付けました。研究チームは、降着円盤のこの明らかな揺れから逆算して、ブラックホールのおおよその質量と、ブラックホールが物質をすくい取った恒星の質量を考慮しました。研究チームは、ブラックホール自体の回転速度を推定しました。

ブラックホールの回転速度が計算されたのは今回が初めてではない。2019年にパシャム氏を含むチームが、光速の約半分の速度で回転するブラックホールに関連する信号を発見した。しかし、パシャム氏がGizmodoに語ったところによると、その信号の性質は「まだ謎」であるのに対し、新しい測定値は関連理論に則ったブラックホールの回転速度と一致している。光速の4分の1（時速167,654,156マイル、秒速74,948,114メートル）で回転するブラックホールは、私たち人間の感覚からするとまだ非常に速いが、これらは宇宙で最も極端な物体の一部であることを忘れてはならない。

パシャム氏は、ブラックホールは光速の 94%、つまり 630,379,631.62 mph (281,804,910.52 m/s) より速く回転することはできないと付け加えた。これはキップ・ソーン氏が1974 年に計算したものである。この最大値は、降着円盤から放出されブラックホールに飲み込まれた放射線によってブラックホールに発生するトルクの量による。MIT はまた、新しい発見をわかりやすく説明するビデオも制作しており、以下で視聴できる。

宇宙の遠く離れた物体から発せられるX線の閃光は、ブラックホールがいつもの悪ふざけをしている兆候であることが多い。2021年、パシャム氏を含むチームは、「牛」として知られる宇宙の奇妙な物体が誕生しつつあるブラックホールである可能性があると結論付けた。2022年には、85億光年離れた物体からの別の閃光が、これまで観測された中で最も遠方の潮汐破壊イベントであることが判明し、そのブラックホールが過熱物質のジェットを地球に直接吹き付けた。

研究チームは今後も潮汐破壊現象の記録を続け、超大質量ブラックホールの回転分布を解明することを目標としている。ブラックホールの宇宙を理解するまでの道のりは長いが、ブラックホールの物理現象を解明することで、宇宙最大の謎のいくつかを解明できる可能性がある。