銀河が衝突しブラックホールが急成長する瞬間の様子が捉えられる

by ID 12019

回転する銀河の中心にある銀河核が2つ存在する銀河の写真がハッブル宇宙望遠鏡とW・M・ケック天文台によって撮影されました。これは銀河と銀河が衝突合体する時のみ発生する現象で、2つの銀河核の存在によって、2つのブラックホールが急速に成長している様子が観測されています。

A population of luminous accreting black holes with hidden mergers | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0652-7

Astronomers Unveil Growing Black Holes in Colliding Galaxies | NASA
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/astronomers-unveil-growing-black-holes-in-colliding-galaxies

宇宙では銀河と銀河の衝突は頻繁に起こるもの。銀河同士の衝突が起こると、ブラックホールは膨大なエネルギーを重力波として放出し、研究者はこの重力波の観測に成功しています。発生初期の宇宙ではこのような衝突が頻繁に起こるので、このような「核を2つ持った銀河」も、より頻繁に発生するものだとみられています。

以下の画像に写っているのが、横並びになった2つの銀河核。

また、今回の研究結果により、我々の銀河がアンドロメダ銀河と衝突した時にも同様のことが起こる可能性が示されたとのこと。「銀河を衝突させるコンピューターシミュレーションから、衝突合体の最終段階にはブラックホールが急速に成長することが示されました。2つのブラックホールが干渉するこの時期に、我々の観測結果と同じことが見られるでしょう」と研究チームの1人であるフロリダ大学のLaura Blecha氏は語りました。Blecha氏は「衝突合体が進むにつれブラックホールの成長スピードが速くなるという事実は、ブラックホールがどのようにして巨大になるのかという理解の助けとなります」とも述べています。

2つの銀河が合体するプロセスは非常にゆっくりで、10億年以上を必要とすると考えられています。そして最終的な合体の前に、多くのガスやちりがはじき出されるとのこと。はじき出された物質は、合体する銀河の中心の回りを、分厚いカーテンのような形で覆います。この時、いくつかの物質はブラックホールへと落下し、ブラックホールはこれらを燃料として成長を加速させます。ブラックホールの急速な成長は衝突合体が起こる最後の100万年～200万年に起こると考えられており、研究者たちが捉えた写真は、この段階の銀河にあたります。この2つのブラックホールは距離にして3000光年しか離れていないとのこと。

接近する2つの銀河核を見つけるのは容易ではありません。これまでに発見された銀河の衝突合体は、ブラックホール衝突の初期段階のものがほとんどでした。銀河同士の衝突はガスとちりによる分厚いカーテンに覆われているため、発見が難しいのです。今回、研究チームは赤外線を使った高解像度の観察を行うことにより、このカーテンの向こうにある、合体する銀河核の位置を特定することが可能となりました。

by Denis Degioanni

研究チームはまず、過去10年分のガンマ線バースト観測衛星(BAT)のX線データを洗いざらい調査し、活発かつ視覚的にはぼんやりとしたブラックホールを探しました。ブラックホールの回りのガスはX線を出しており、X線の明るさからどのくらいの速度でブラックホールが成長しているのかがわかるそうです。研究を始めた当初は本当に隠れた「衝突する銀河」が発見できるかどうかわからなかったそうですが、コンピューターシミュレーションの結果から、分厚いカーテンに覆われた銀河の存在可能性が示されたといいます。

研究者はハッブルのアーカイブを念入りに調査して、X線データが示す「衝突する銀河」を特定。W・M・ケック天文台のシステムを使って観測を行いました。今回の研究では、X線データを使って「カーテン」を取り払ったことと、これまで以上に広範囲を観測したことが、成功につながる鍵だったようです。

なお、発見された2つの銀河は、今後数百万年のうちに衝突を完了させ、巨大な重力波を生み出すものとみられています。