宇宙で星を「引き裂く」ことができる力は誰でしょうか?

天文学者たちは、18個の貪欲なブラックホールが星々を引き裂き、飲み込んでいるのを目撃した。これは、局所宇宙で発見された潮汐破壊現象の数が2倍以上に増える恐ろしい発見である。

(画像クレジット: ESO/M. Kornmesser)

画像: 激しい潮汐破壊現象で引き裂かれる星

ブラックホールに近づきすぎた星々にとって、そこは宇宙のジャングルです。 MITの研究チームは、ブラックホールが星々を引き裂き、その残骸を食べている新たな例を18個発見した。

その結果、局所宇宙で観測される恐ろしい、星を破壊する潮汐破壊現象（TDE）の数が 2 倍以上に増加しました。この発見は、天文学者が宇宙全体で発生する潮汐破壊イベントの数をより正確に推定し、その発生率を理論予測に近づけるのに役立つ可能性がある。

恒星がブラックホールに近づきすぎると、ブラックホールの重力によって恒星に巨大な潮汐力が生じ、恒星本体は垂直方向に引き伸ばされ、水平方向に圧縮されます。このプロセスは「スパイク形成」と呼ばれます。恒星からの物質はブラックホールの周りに平らな円盤を形成し、その一部はブラックホールの中心に向かって集積し、他の恒星物質は強力な磁場によって両極に引き寄せられ、ほぼ光速でジェットとなって放出されます。

これまで天文学者たちは、スターバーストと呼ばれる激しい星生成期を最近経験した銀河では、ブラックホールが高エネルギーのジェットを噴出しながら星々を引き裂いて飲み込むと信じていた。

しかし、この研究は、潮汐破壊現象がより広範囲の銀河で発生する可能性があることを意味し、そのような現象の周囲で見られる極端な物理現象を説明するのに役立つ。

「人々はこれらのパズルに対して本当に素晴らしい解決策を考え出しており、今や私たちはそれらをすべて解決できるところまで来ている」と、チームメンバーでMIT物理学助教授のエリン・カラ氏は声明で述べた。

潮汐破壊現象の調査はどのように始まったのでしょうか?

地球の近くで観測された中で最も近い潮汐破壊現象を発見した後、MITチームは星を飲み込むブラックホールをさらに探すことにした。彼らは、地球から約1億3700万光年離れた銀河NGC 7392でフレアを観測した。

これにより、活発にエネルギーを供給しているブラックホールを発見するまったく新しい方法が開かれる、と研究者らは言う。この技術では、赤外線と、赤外線データ内で短時間の、つまり「一時的な」放射バーストを示すパターンを探すアルゴリズムを使用します。この手法は、NASA の広域赤外線探査衛星 (NEOWISE) によって収集された過去のデータを使用して実行されました。 NEOWISE は 2009 年の打ち上げ以来、地球の空で発生する赤外線の短時間の爆発を観測してきました。

その後、研究チームは発見した突発現象を地球から6億光年以内の銀河のカタログと相互参照し、赤外線バーストが約1,000個の銀河にまで遡れることを発見した。

研究者たちはこれらの銀河にズームインし、彼らが検出した信号が潮汐破壊現象によるものなのか、あるいは死にゆく大質量星による超新星爆発など、他の激しい現象によって引き起こされたものなのかを調べようとした。また、信号は銀河の中心にある超大質量ブラックホールから、落下する塵やガスを餌として発せられている可能性もある。

（写真提供：Zwicky Transient Facility/R.Hurt（Caltech/IPAC））

星を飲み込むブラックホールによって生成される X 線ビームのアーティストによる想像図。この光線が物質に当たると、他の種類の光が放出されます。

これにより、最終的に 18 個の正当な TDE 信号が発見されました。これは、ブラックホールの重力の影響によって恒星に潮汐力が生じ、最終的にいくつかの恒星の血なまぐさい死につながる結果です。

驚いたことに、研究チームは、厚い塵の雲で満たされた銀河も含め、天空のさまざまな銀河で潮汐破壊現象が発生しているようだということを発見した。

「空を見上げてたくさんの銀河を見ると、そのすべてで潮汐破壊現象が起きているのが普通だ」と、MITカブリ天体物理学・宇宙研究所の大学院生で、この研究の主執筆者であるミーガン・マスターソン氏は言う。

宇宙の犯罪を隠す

全体として、この研究は潮汐破壊現象に関するいくつかの大きな疑問を解決するのに役立ちます。

これまで、天文学者たちは、この星を粉砕する現象を、主に爆発後の銀河、つまり星の生産工場が停止した直後に観測していた。

このような銀河は非常にまれであり、科学者たちはなぜ潮汐破壊現象がこれらの銀河に限定されているように見えるのかと困惑している。この研究では、複数の種類の銀河で激しい潮汐破壊現象を発見することで、その混乱を軽減しています。

他の銀河では潮汐破壊現象が起きていないように見える理由は、爆発後の銀河では大量の新しい星が作られる一方でガスと塵が枯渇し、そのため厚いガスと塵が残っていないのに対し、他の銀河では依然として大量のガスと塵が残っているためです。ガスや塵は可視光線やX線を吸収したり遮断したりするのに優れていますが、赤外線はこれらの物質をより簡単に通過します。

「光学およびX線による調査のみに基づいて人々が想定したように、それらは1種類の銀河だけに発生するわけではない」とマスターソン氏は付け加えた。 「潮汐破壊現象全般を理解し、それを利用して超大質量ブラックホールの集団構造を調査したい場合、赤外線で観測する必要があります。」

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MITの研究者らの発見は、潮汐破壊現象が理論が予測するほど多くのエネルギーを放射しない理由も説明できるかもしれない。研究チームは、エネルギー不足は塵が潮汐破壊現象による可視光線やX線放射、極端紫外線を吸収するためだと考えている。

MIT チームは、新たに発見された 18 件の潮汐破壊イベントと、以前に観測された同じ性質のイベントを組み合わせて、銀河が約 5 万年に 1 回潮汐破壊イベントを経験すると推定しており、これは以前の理論的予測と一致しています。

「このことは、私たちが見ているものを説明するために、こうした奇妙な物理学は必要ないという自信を与えてくれる」とカラ氏は結論付けた。 「我々は、星がブラックホールに引き裂かれ、飲み込まれる仕組みについて、以前よりずっとよく理解している。我々はこうしたシステムについて、以前よりずっとよく理解している。」

著者:ロバート・リー

年度: 33

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