重力がブラックホールの周辺物質の形状に与える影響

・ブラックホール近傍物質に対する重力の影響を理解するために研究者らはX線偏光測定を使用しました。

・連星系である「はくちょう座X-1」では、コロナは大きく、ブラックホール周辺で不均一に広がっています。

 

ブラックホールは強い重力を持つことで知られています。重力が非常に強いため、光ですら逃げることができません。はくちょう座には中心近くにブラックホールを周回する星があり、あわせて、はくちょう座X-1と呼ばれる連星系を形成しています。

 

これはNASAチャンドラX線天文台が初めて発見した強力なブラックホールです。連星系は大量のX線を放出しており、地球の衛星が受け取っています。しかし、X線を放出する物質の形状ははっきりしていません。

 

最近、スウェーデンと日本の研究者チームが、X線偏光測定と呼ばれる新しい方法を使用して、この形状に関する情報を発表しました。研究者らは、はくちょう座X-1のブラックホールの近傍物質の形状に重力がどのように影響するかを説明しました。

 

ブラックホール近傍物体からの放射線

 

ブラックホールの画像撮影は聞くほど簡単ではありません。光はブラックホールの強い重力から逃れられないため、まだ観測することができないのです。よって、研究者はブラックホールを直接観測する代わりに、周辺の物質からの光を検出しています。この物質は、連星系はくちょう座X-1において、ブラックホールを周回する星から来ています。

 

はくちょう座X-1のX線画像: NASA

 

光は複数方向に振動していますが、偏光(波の振動の幾何学的な方向を指定する特性)によりフィルターし、単一方向に振動させます。スノーゴーグルの偏光レンズが雪に反射する光をカットするのと同じ仕組みです。

 

ブラックホールの近くの硬X線(最高エネルギーのX線)でも同様です。しかし、ブラックホールに近い物体から放出されるガンマ線や硬X線は、このようなフィルターを容易に透過する可能性があります。したがって、この光散乱現象の分析のために、特別な手法が必要となります。

 

光がどこから来てどこで散乱しているかを調査するために、研究者たちはPoGO+という名称の気球にX線偏光計を取り付けました。X線偏光計は、降着円盤 (巨大な中心体を周回する拡散物質が形成する円盤上の構造) に反射される硬X線の一部を理解し、物質の形状を分析するのに役立ちました。

 

ブラックホール周辺物質がはくちょう座X-1および他の連星系でどのように見えるかを示す競合モデルは2つあります。

 

 

ランプポストモデル: コロナはコンパクトで密度が高く、ブラックホールに強固に結びついています。この場合、すべての光子は降着円盤に向かって曲げられ、反射光の割合が高くなります。

 

広がったコロナモデル：コロナは大きく、ブラックホールの周りに不均一に広がっています。したがって、降着円盤に反射される光は非常に弱くなります。

 

はくちょう座X-1では、光子が降着円盤に向かってあまり曲がっていなかったため、研究者はブラックホールが広がったコロナモデルに適合すると推論しました。

 

今後はどうなる？

 

この情報は、ブラックホールについて科学者がさらに未知の事実を発見するのに役立つでしょう。ブラックホールの自転はその周囲の時空を変えることができ、重要な特徴の1つとなっています。さらに、ブラックホールの進化を理解する一助になるかもしれません。ブラックホールの自転速度は、宇宙の始まり以来徐々に減少、またはブラックホールが大量の物質を消費しているという事実のために増加しています。

 

はくちょう座はほんの一例にすぎません。研究者たちは、X線偏光測定を用いて、さらなるブラックホールの分析を計画しており、最終的に銀河の進化の謎と同様にブラックホールの謎を解明する可能性があります。