宇宙規模の大津波「クエーサー津波」を発見!銀河の星形成物質を押し流す

space

中心にクエーサーを持つ遠方の銀河の想像図。/Credits: NASA, ESA and J. Olmsted (STScI)
point
  • もっとも明るい天体クエーサーから、太陽の数百個分という高速放射の津波が観測された
  • 銀河はある質量に達すると成長を止めることがわかっていたが、その原因は謎だった
  • 今回の発見は、長年天文学者たちの疑問だった、銀河成長停止の原因であると考えられる

宇宙に存在する銀河の中心には、巨大なブラックホールがあります。

その中でも、太陽の数十億倍以上という超大質量ブラックホールを中心に持ち、宇宙でもっとも明るい天体と表現されるのがクエーサーです。

たいてい巨大なブラックホールは、ジェットと呼ばれる巻き込んだ物質を勢いよく宇宙空間へ吹き飛ばす放射を行っています。

しかし、それとは別にクエーサーは巨大津波のような現象を銀河円盤全体に引き起こしていて、その津波は星形成に必要な物質を銀河の外へと押し流していることがハッブル宇宙望遠鏡の観測により、発見されました。

銀河はある質量で成長を止めていることがこれまでも知られていて、その原因は謎とされていました。

今回の発見は、この銀河成長停止の原因を説明する重要なプロセスであるとされています。

この研究は、バージニア工科大学及び宇宙望遠鏡研究所の研究者等による研究チームより、6つの論文として発表され、2020年3月に天文学を扱う査読付き科学雑誌『Astrophysical Journal, Supplement Series』に掲載されています。

Focus on HST/COS Observations of Quasar Outflows in the 500–1050 Å Rest Frame
https://iopscience.iop.org/journal/0067-0049/page/Focus_on_HSTCOS_Observations

クエーサーのおさらい

クエーサーのアーティストイメージ。/Credit: NASA/ESA/ESO/Wolfram Freudling et al. (STECF)

クエーサーは、中心に活動銀河核を持つ銀河の一種です。

活動銀河核とは、銀河全体を凌駕するレベルで強力な電磁放射を行っている銀河中心の非常に狭い領域のことを指します。

その正体は太陽の数十億倍もの質量を持つ超大質量ブラックホールの降着円盤だと考えられています。ここでは吸い寄せられた物質が猛烈な勢いで回転し、摩擦することで強い熱エネルギーを放ち、それが強力な電波源になっているのです。

活動銀河核を持つ銀河は、いくつか種類がありいずれも明るい天体ですが、中でももっとも明るものをクエーサーと呼びます。

クエーサーという名前は準恒星状天体(quasi-stellar)の短縮読みです。

クエーサーはあまりに明るいため、可視光観測では細かい内部の構造が眩しくて見えません。そのため、銀河なのにまるで点光源の恒星のように見えるため、この準恒星状天体という呼び方がされています。

ハッブル宇宙望遠鏡によるクエーサーの観測。左は可視光観測。右がコロナグラフにより撮影された光を取り除いたクエーサーの姿。/Credit: NASA, A. Martel (JHU), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory), the ACS Science Team and ESA

この画像は、地球からもっとも近いクエーサーの1つ「3C273」をハッブル宇宙望遠鏡で観測したものです。

左は可視光観測で、眩しくて1つの恒星のようにしか見えません。右側はコロナグラフという装置を使い眩しい可視光を取り除いて撮影した画像で、銀河としてのクエーサーの姿を見ることができます。

クエーサーは非常に若い銀河の姿で、古い宇宙にしか存在しません。古い宇宙とは地球から何十億光年も離れた領域を指します。

そのため、クエーサーは非常に遠方の宇宙だけに観測できる天体なのです。

やがて、クエーサーは私たちの見慣れた銀河へと成長していくと考えられています。しかし、クエーサーの活動から予想される銀河の成長と、実際見つかる銀河のサイズはあまり一致しません。

大きな銀河は宇宙ではほとんど見つかることがなく、銀河はある質量に達すると成長を止めているということがわかっているのです。

大きい銀河は、複数の銀河が衝突して合体することで生まれています。

なぜ、銀河は一定以上には成長しないのでしょう? これは今まで天文学者の抱える謎の1つになっていました。

クエーサーが起こす宇宙津波

Credit:depositphotos

今回の報告されたのは、そんな銀河の成長が止まる原因と考えられる大規模な現象です。

クエーサーでは、中心部から銀河円盤全体に津波のような猛烈な勢いの衝撃が放射されて、それが銀河内の星形成物質を銀河の外へ押し流しているというのです。

これは他のどの天体現象よりもエネルギッシュで、流出するエネルギー量はガンマ線バーストの100万倍に相当します。

研究報告では、それは光速の数%という速度で広がって、この宇宙津波が星間物質に衝突すると数十億℃にも衝撃波が加熱されます。それはX線を含めた、広い帯域で光のスペクトルを放ちます。

「それが起きると、まるで銀河全体がクリスマスツリーの電飾のように輝くんです」

研究者の一人、Arav氏はその様に語っています。

この現象は毎年クエーサーで発生していて、太陽数百個分もの物質を、銀河の外の宇宙空間へ押し流してしまいます

そのため、クエーサーのような若い活動的な銀河は、徐々に星形成物質を失っていき、ある程度の質量に達したところで成長を止めてしまうのです。

今回の研究では、13個のクエーサーを観測することで、この流出現象を光のスペクトルから確認することができたといいます。

この事実をモデルとして数値シミュレーションに取り入れれば、これまでパズルのピースが掛けていた銀河形成の問題の多くが解決するだろうと考えられています。

全てを押し流す津波の恐ろしさは、私たちの記憶にはまだ新しい大災害ですが、それが宇宙規模で起きると言われるとゾッとします。

「クエーサーの住人じゃなくてよかった」と思ってしまいますね。

穏やかな銀河が突然「クエーサー」へと変身! 一体何が起きた?

reference: NASA,livescience / written by KAIN
あわせて読みたい

SHARE

TAG