遠くのブラックホールを見るための「X線拡大鏡」を開発

天文・宇宙

NASAのチャンドラX線観測装置を使った新しい手法により、天文学者は初期宇宙におけるブラックホールシステムの前例のない様子を得ることができました。これにより、天文学者は、これまで不可能だった微弱で遠方のX線天体をより詳細に観察する方法を提供しています。

天文学者は、重力レンズを用いて、宇宙初期のブラックホールシステムの前例のない姿を手に入れた。

©NASA/CXC/M. Weiss; X線(挿入図)。NASA/CXC/SAO/D. Schwartz et al.

上の画像の説明
天文学者は、重力レンズを用いて、宇宙初期のブラックホールシステムの前例のない姿を手に入れました。左側の天体(紫)からのX線光が、間にある銀河の重力によって曲げられ、チャンドラの画像で検出された2つの天体(右側の破線の四角)ができあがった様子を描いたイラストです。暗い方の天体(青)の光は、銀河によって増幅され、レンズ効果がない場合の300倍もの明るさになっています。また、チャンドラのX線画像も2番目の図に示されています。2つの天体は、成長している2つの超巨大ブラックホールか、1つのブラックホールとジェットのいずれかです。
"X-ray Magnifying Glass" Enhances View of Distant Black Holes

天文学者は、約120億光年離れた2つの天体からの光の「重力レンズ効果」を示す宇宙での配列を使用しました。この図のメイン部分にあるイラストは、これらの遠方の天体からの光の経路が、地球とその天体の間の視線に沿った銀河によって、どのように曲げられ、増幅されるかを示しています。

今回のチャンドラの研究対象となった天体は、「MG B2016+112」というシステムの一部です。チャンドラで検出されたX線は、宇宙がまだ20億年しか経っていない頃に放出されたもので、現在の宇宙の年齢は140億年近くになります。

©NASA/CXC/M. Weiss; X線(挿入図)。NASA/CXC/SAO/D. Schwartz et al.

©NASA/CXC/M. Weiss; X線(挿入図)。NASA/CXC/SAO/D. Schwartz et al.

MG B2016+112星系からの電波放射については、これまでの研究で、この星系は2つの超巨大ブラックホールで構成されており、それぞれのブラックホールがジェットを出している可能性が示唆されていました。今回、シュワルツ教授らは、電波データに基づいた重力レンズモデルを用いて、MG B2016+112星系から検出された3つのX線源は、2つの異なる天体のレンズ作用によるものであると結論づけました。

左側の天体(紫)からのX線光が、間にある銀河の重力によってゆがみ、チャンドラの画像で検出された2本のビームとX線源(ラベル付きバージョンでは「A」と「B」)を生み出しています(右側の破線の四角で表されている部分)。一方、暗い方の天体(青)からのX線は、銀河によって増幅されたX線源(C)を発生させており、その明るさは、レンズ効果がなかった場合の300倍にも達します。チャンドラの画像を挿入図に示す。

この2つのX線放出天体は、成長中の超巨大ブラックホールのペア、または成長中の超巨大ブラックホールとジェットのペアであると考えられます。これまでにチャンドラで観測された成長中の超巨大ブラックホールのペアやトリオは、一般的にはもっと地球に近いところにあるものか、あるいは天体間の距離がもっと離れているものでした。

Quick Look: "X-ray Magnifying Glass" Enhances View of Distant Black Holes

今回の結果をまとめた論文は、The Astrophysical Journalに掲載されています。本研究の著者は、ダン・シュワルツ氏(ハーバード・スミソニアン天体物理学センター)、クリスティアナ・スピニョーラ氏(国立天体物理学研究所)、アンナ・バルナッカ氏(ハーバード・スミソニアン天体物理学センター)の3名です。

チャンドラプログラムを管理するNASAマーシャル宇宙飛行センター。スミソニアン天体物理観測所のチャンドラX線センターは、科学をマサチューセッツ州ケンブリッジ、フライトオペレーションをマサチューセッツ州バーリントンで管理しています。

まとめ

天文学者は、「X線拡大鏡」を使って初期宇宙のブラックホールシステムを研究しました。
間にある銀河によって光が増幅・拡大されることで、遠くにある2つのX線を発する天体を検出することができました。
この天体は、成長中の2つの超巨大ブラックホール、またはそのようなブラックホール1つとジェットのいずれかです。
この結果は、初期宇宙におけるブラックホールの成長と、複数のブラックホールを持つシステムの存在の可能性を理解するのに役立ちます。

Source:SciTechDaily, DOI: 10.3847/1538-4357/ac0909

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