望遠鏡は、時空を歪ませる天の川のブラックホールの急速な回転を明らかにする

このアーティストのイラストは、銀河の中心にある超大質量ブラック ホールと周囲の物質の断面を示しています。 中央の黒い球はブラックホールの事象の地平線を表しており、そこからは光さえも逃れることのできない帰還不能点となっている。 この図に示すように、回転するブラック ホールを横から見ると、その周りの時空はアメリカン フットボールのような形になります。 両側の黄オレンジ色の物質は、ブラック ホールの周りで渦巻くガスを表しています。 この物質は球体に落ち込むと必然的にブラックホールに突入し、事象の地平線を横切る。 したがって、フットボールの形状の内側だが事象の地平線の外側の領域は空洞として描かれます。 青い点は、回転するブラック ホールの極から噴射するジェットを示しています。 画像クレジット: NASA/CXC/M.Weiss

• 新しい研究は、どのくらい早く解決するかという問題を解決するのに役立つかもしれない 天の川巨大な ブラックホール スピンします。
• 射手座 A* (Sgr A*) として知られるブラック ホールは、太陽の約 400 万倍の質量を持っています。
• 使用 NASANSF のチャンドラ X 線天文台と NSF の超大型アレイによるこの研究では、Sgr A* が非常に高速で回転していることが判明しました。
• この高速回転により射手座 A* の周りの時空が歪むため、アメリカンフットボールの形をしているように見えます。

このアーティストのイラストは、いて座 A* (略称 Sgr A*) と呼ばれる銀河の中心にある超大質量ブラック ホールの新しい研究の結果を描いています。 この発見により、射手座 A* は非常に速く回転しているため、時空、つまり時間と空間の 3 次元が歪められ、サッカーのように見えることが分かりました。

これらの結果は、NASA のチャンドラ X 線天文台と NSF のカール J. ジャンスキー超大型アレイ (VLA) を使用して得られました。 研究者チームは、使用される新しい方法を適用しました X線 また、物質がブラック ホールに向かって流れたり、ブラック ホールから遠ざかったりする様子に基づいて、Sgr A* がどのくらいの速度で回転しているかを判断するための無線データもあります。 彼らは、射手座 A* が最大可能値の約 60% の角速度と最大可能値の約 90% の角運動量で回転していることを発見しました。

ブラック ホールには、質量 (重さ) とスピン (自転速度) という 2 つの基本特性があります。 これらの値のいずれかを決定することで、科学者はブラック ホールとそれがどのように動作するかについて多くのことがわかります。 過去に、天文学者たちは、射手座 A* の回転速度について、さまざまな手法を使用していくつかの推定を行っており、その結果は、射手座 A* がまったく回転していないものから、ほぼ最大速度で回転しているものまで多岐にわたります。

新しい研究は、いて座A*が実際には非常に速く回転し、周囲の時空を押しつぶしていることを示唆している。 この図は、円弧 A* の断面と、円盤内でそれを周回する物質を示しています。 中央の黒い球は、ブラック ホールのいわゆる事象の地平線を表しており、そこからは光さえも逃れることができない帰還不能点です。

この図に示すように、回転するブラック ホールを横から見ると、その周りの時空はサッカーのような形になります。 回転速度が速いほど、サッカーボールは平らになります。

両側の黄オレンジ色の物質は、いて座 A* の周りに渦巻くガスを表しています。 この物質は球体に落ち込むと必然的にブラックホールに突入し、事象の地平線を横切る。 したがって、フットボールの形の内側だが事象の地平線の外側の領域は空洞として描かれます。 青い点は、回転するブラック ホールの極から噴射するジェットを示しています。 ブラックホールをジェットノズルに沿って上から見ると、時空が円形であることがわかります。

射手座 A* とその周囲のチャンドラ X 線画像。 クレジット: NASA/CXC/大学。 ウィスコンシン州出身 / Y.Bai 他

ブラックホールの回転は重要なエネルギー源として機能します。 超大質量ブラック ホールは、スピン エネルギーが抽出されるときに平行なジェットのような流出を生成します。これには、ブラック ホールの近くに少なくとも何らかの物質が必要です。 射手座 A* の周囲には燃料が限られているため、このブラックホールは過去数千年間、比較的弱いジェットで比較的静かでした。 ただし、この研究は、Sgr A* 付近の物質の量が増加すると、これが変化する可能性があることを示しています。

ブラック ホールのスピン * を決定するために、著者らは「アウトフロー法」と呼ばれる実験ベースの手法を使用しました。この手法では、ブラック ホールのスピンと質量の関係、ブラック ホールの近くの物質の性質、およびブラック ホールの性質の詳細が明らかにされました。流出。 平行な外向きの流れは電波を生成し、ブラック ホールを囲むガスの円盤は X 線を放出します。 この方法を使用して、研究者らはチャンドラと VLA からのデータを他の望遠鏡からのブラック ホールの質量の独立した推定値と組み合わせて、ブラック ホールの回転を制限しました。

これらの発見を説明する論文は、ルース・デイリー氏（ペンシルベニア州立大学）が主導し、ジャーナルの2024年1月号に掲載されました。 王立天文協会の月次通知。

参考文献: 「アウトフロー法を使用して取得された射手座 A* の新しいブラック ホール スピン値」Ruth A Daly、Megan Donahue、Christopher P O'Dea、Biny Sebastian、Daryl Haggard、および Anan Lu 著、2023 年 10 月 21 日、 王立天文協会の月次通知。
土井: 10.1093/mnras/stad3228

他の著者は、Penny Sebastian (カナダ、マニトバ大学)、Megan Donahue (ミシガン州立大学)、Christopher O'Dea (マニトバ大学)、Darrell Haggard (マギル大学)、および Anan Lu (マギル大学) です。

NASA のマーシャル宇宙飛行センターがチャンドラ プログラムを管理しています。 スミソニアン天体物理天文台のチャンドラ X 線センターは、マサチューセッツ州ケンブリッジからの科学業務と、マサチューセッツ州バーリントンからの飛行業務を管理しています。