M87の歳差運動ジェットがブラックホールの高速回転を明らかに – Physics World

銀河メシエ87（M87）の中心にあるブラックホールから発せられる相対論的ジェットは、回転するブラックホールに引きずられてふらふらしていることが、新たな電波観測で判明した。 これは、活動銀河からの強力なジェットが、ゆっくりではなく急速に回転するブラックホールによって駆動されていることを示す最初の直接的な証拠である。

M87 は、55 万光年離れたおとめ座銀河団の中心にある巨大な楕円銀河です。 初めて「影」を持つ超大質量ブラックホールが存在することで有名です。 イベント・ホライズン・テレスコープによる画像M2019 はまた、ブラック ホールから少なくとも 87 光年の範囲に広がる強力な荷電粒子のジェットを生成します。 このジェットは非常に大きくて明るいので、アマチュア天文学者が園芸用具を使って撮影した画像でも見ることができます。

M87 は XNUMX 世紀以上前に相対論的ジェットを持っていることが発見された最初の銀河でしたが、現在では何千もの銀河やクエーサーがジェットを持っていることが知られています。 このようなジェットの中の物質は、ブラック ホールの周りを渦巻く物質の降着円盤からの磁場によって浚渫されます。 理論では、ジェットのエネルギーはブラック ホールの回転エネルギーから抽出されると仮定されています。

現在、中国の杭州にある浙江研究所の崔玉珠が率いる天文学者の国際チームが、 羽田一宏 日本の総合研究大学院大学と国立天文台の研究者は、この理論を直接裏付ける最初の観測を行い、その結果を 自然.

「この研究から得られる最も重要な示唆の一つは、M87や他の電波銀河やクエーサーで見られるような強力な相対論的ジェットを生成するには、回転するブラックホールが不可欠であるということです」とハダ氏は語る 物理学の世界.

「その結果が確認されれば、ジェット機に対する私たちの理解は本当に大きく前進することになるでしょう」と付け加えた。 ヤニス・リオダキス フィンランドのトゥルク大学の博士はこの研究には関与していなかった。 2022 年にリオダキスは、 紙の 自然 M87のジェット機内に衝撃前線と乱気流を発見した。

こま

17 年分の電波天文観測を組み合わせたもの。 東アジアの VLBI ネットワーク (EAVN)、 非常に長いベースライン配列 (VLBA)、KVN と VERA の共同アレイ (カバ）と 東アジアからイタリアへのほぼグローバル (EATING) VLBI ネットワーク合計 20 台以上の電波望遠鏡に相当し、ハダ氏とチームは M87 のジェットが歳差運動していることを発見しました。

コマが回転し、その回転軸が円を描いてさまよっているように見えることを考えてください。 M87 のジェットは降着円盤に対して垂直ですが、ジェットと円盤の両方がブラック ホールの回転軸に対してずれています。 ブラックホールが回転すると、時空も引きずり込まれます。これは「フレームドラッグ」として知られる効果です。 その際、降着円盤を周囲に引っ張り、軸外ジェットの指す方向を約 10 年の周期で約 11 度歳差運動、つまりぐらつきを引き起こします。

1973 年、物理学者のジョン ウィーラーが毛のない定理を唱えたことは有名です。ブラック ホールは、その質量、電荷、角運動量という 87 つのパラメーターだけで完全に特徴付けることができるというものです (「毛」は他のすべての比喩です)。他のすべての情報はブラックホールに入り、アクセスできなくなります)。 M6.5 の超大質量ブラック ホールの質量は太陽の質量の約 XNUMX 億倍で、その電荷は無視できるほど小さいと考えられています。 しかし、回転するブラック ホールに引きずられるジェットの歳差運動をこのように測定したにもかかわらず、その回転速度を定義することはまだ不可能です。

ブラックホールの回転速度

ただし、強力なジェットを持つブラック ホールは高速回転する一方、ジェットのないブラック ホールはよりゆっくりと回転する傾向があると推測できます。

「ジェットの歳差運動周期は、ブラックホールの回転と降着円盤のサイズの両方に依存します」とハダ氏は言う。 残念ながら、M87 の円盤のサイズはよくわかっていません。 理論的モデリングでは、チームは年間 40 回転を想定しましたが、これは考えられる解決策の XNUMX つにすぎません。異なるディスク サイズによる異なるスピン値も歳差運動の程度を説明できる可能性があります。

新しいブラックホール画像で磁場が明らかに

「それにもかかわらず、ブラックホールの回転時間スケールはジェットや円盤の歳差運動よりもはるかに短い可能性が非常に高いです」とハダ氏は言う。 「このスピンの価値を測定することが、まさに私たちが進むべき次のステップです。 私たちのジェットモニタリングとイベントホライズン望遠鏡からのブラックホールムービーを組み合わせることで、これが可能になることを願っています。」

リオダキス氏は、高速回転するブラックホールがジェットを駆動していることを知ることがいかに重要かを指摘する。なぜなら、それは天文学者がM87のような銀河の中心にある降着円盤のサイズやそのようなジェットの組成を制限するのに役立つからである。

「予想外の結果ではありません」とリオダキス氏は言う。 「しかし、直接の確認が得られるのは確かに素晴らしいことです。」

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/m87s-precessing-jet-reveals-black-holes-fast-spin/