宇宙には大きな「X」があるのでしょうか?それは超大質量ブラックホールによって形成されたユニークな電波銀河です。

銀河のジェットは宇宙空間に広がっており、その形成はこれまで考えられていたよりもはるかに単純である可能性がある。

複雑なモデルは、宇宙空間に放出されたこれらのX字型の天体が何らかの単純なメカニズムによって形成される可能性があり、科学者がこれまで考えていたよりもはるかに単純であることを示しています。モデルによれば、この特異な形状は、超大質量ブラックホールに落ち込む銀河からの高温ガスとブラックホール付近の光速ジェットとの相互作用によって形成されると示唆されている。

この仮説が正しければ、モデルは、X字型の電波銀河が科学者が考えていたよりもはるかに一般的であることを示唆している。しかし、X字型のジェットの存在時間は非常に短いため、天文学者たちはこれまで幸運にもそれ以上のジェットを発見できていない。

図: X字型ジェットの発達を示すシミュレーション。赤い気体物質はブラックホールに絶えず落ち込んでいる気体物質であり、青い物質はブラックホールから噴出するジェットです。

イリノイ州ノースウェスタン大学の天体物理学者らが提案したこの新しいモデルは、銀河ガスが大きな天体の表面に長距離にわたって流入する様子を追跡する初の大規模モデルである。このモデルでは、研究者らは超大質量ブラックホールが周囲の物質の薄い層を吸収するという単純な条件を設定しており、科学者らはこれを降着円盤と呼んでいる。この条件を追加した後、モデルは予想外にX字型の電波銀河構造を形成しました。

アレテオス・ララコス氏はノースウェスタン大学物理学・天文学部の大学院生であり、この研究の著者である。 「単純な初期対称条件でさえも混沌とした構造につながる可能性があることを発見した」と彼は語った。

モデルによれば、超大質量ブラックホールから放出された物質が落下するガス状物質によって偏向されると、X字型の銀河が出現する。モデル実行の初期段階では、これらのジェットは不規則な波を伴って自然に現れたり消えたりします。これらの初期の不規則なジェットによってガスが膨張し、さまざまな方向に流れて X 字型の銀河が形成されました。

画像: X 字型の銀河 PKS2014-55 は、2.5 光年離れた宇宙まで広がるジェットを形成しています。

しかし、ジェットが十分に強力になり、落下するガスを押し出すと、ジェットの変動は止まり、ブラックホールの周囲で単一次元的に安定します。

この原理は、X 字型の電波銀河は銀河の衝突によって発生するという、これまで広く信じられていた見解に取って代わる可能性があります。ララコス氏はこのシナリオを次のように説明した。「2つの銀河の衝突により超大質量ブラックホールが形成され、残ったブラックホールの動きとそのジェットの方向が変わった。」科学者たちはまた、X字型はブラックホールの周りのジェットと大きなガス状星雲との相互作用によって形成されるという別の仮説も提唱している。

「今回の研究結果は、X字型の電波銀河がより単純な方法で形成され得ることを初めて示した」とララケス氏は語った。

「X」字型の銀河は驚くべき発見

ララックス氏は当初、このモデルを使って超大質量ブラックホールがどれだけの物質を消費するかを理解したいだけだったが、思いがけずX字型銀河の形成過程を発見し、この結果に衝撃を受けた。ノースウェスタン大学の天体物理学者サーシャ・チェコフスキー氏は、模型から浮かび上がる形状を見て、すぐにこの発見の重要性に気づいた。

「彼は私に『バカ、これは大きいぞ！X字型だ』と言った」とララコスさんは思い出す。 「天文学者たちは生涯この形の銀河を観察してきたが、それがどのように形成されたのか解明できなかったと彼は言った。そして我々は、これまで誰もやったことのない方法でそれを作り出したのだ。」

ララコス氏は、このモデルの成功と大きな注目を集めた鍵は、その単純さと、ブラックホールの周囲のガスを対称に設定していない点にあると推測している。

「通常、研究者はブラックホールをモデルの中央に置き、その周囲に巨大なガス降着円盤を組み込む」とララコス氏は語った。 「その後、ディスクの周囲にガスが追加されるかもしれません。しかし、私のモデルでは、こうした複雑な問題は発生しませんでした。」

ララコス氏は、彼のチームのモデルでは、初期段階ではブラックホールの周囲にガス円盤は存在しないが、回転するガスがブラックホールに近づくと現れると説明した。ガス円盤を取り囲むガスはブラックホールに落ち込み、ジェットを形成して変動し始めます。

「私はできる限り仮定を単純化したが、得られた結果は驚きのようだった。このように単純な初期条件で、初めてモデルにXパターンが現れるのを確認した」とララコス氏は語った。

このような単純な構造は、X字型の電波銀河が宇宙では非常に一般的であるが、長く存在しないことを示している可能性があり、天文学者が電波銀河の約10％しか観測していない理由も説明できるかもしれない。

「X字型の銀河は、ブラックホールが新たなガスを獲得し、それを再吸収するときに現れる可能性があるので、かなり頻繁に現れる可能性があるが、我々はそれを観測できるほど幸運ではない」とララコス氏は語った。 「この形状は、ジェットがガスを押し出すのに十分なエネルギーを持っている場合にのみ現れます。」

ララコス氏は、降着円盤のサイズや超大質量ブラックホールの回転速度など、モデルのパラメータを変更することで、他の可能性のある形状をさらに研究する予定です。

実際のブラックホール、特に新しく形成されたブラックホールを観測することは難しいため、このような複雑なモデルは研究プロセスにおいて極めて貴重です。 「ほとんどの宇宙の状況では、ブラックホールの周囲の空間を拡大して、その周囲で何が起こっているのかを見るのは不可能だ」とララコス氏は語った。

「そして、たとえ観測できたとしても、観測する時間が足りない。超大質量ブラックホールがすでに形成されていたとしても、人間の寿命は短すぎるため、その進化を観測することはできない。ほとんどの場合、ブラックホール周辺の現象を理解するにはモデルに頼ることになる」とララコス氏は付け加えた。

著者: ロバート・リー

年度: 秋

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