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ブラックホールのパワーはどのくらい? 予想外に弱かった磁場の計測結果

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本記事は、How Strong Are Black Holes? | Precise Measurement of Magnetic Field
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分41秒

・フロリダ大学の物理学者が、幅40マイルのブラックホール「はくちょう座V404星」を研究した。
・ブラックホール周辺の磁場の強度は、これまで考えられていたよりも400倍低い。
・その結果、コロナの磁場は461±12ガウスと正確に計測された。

 

ブラックホールは、星を丸ごと吸い込み、光速に近いスピードで物質を宇宙空間に放出する巨大な重力で有名です。ところが、その重力がこれまで考えられていたほど強くはないことがわかりました。

 

その強さは、ブラックホールの大きさによります。私たちが知っているのは、「無害」かもしれない唯一のブラックホールは、非常に速く蒸発し、短いエネルギーの爆風を発するだけのマイクロブラックホールであるということです。これは、コイン大のブラックホールと比べれば大した害はありませんが、それでも広島を破壊した原爆よりも大きなエネルギーを持っています。

 

物理学者は、地球から8,000光年の距離にある幅40マイルのブラックホール「はくちょう座V404星」を研究しました。宇宙で最も深い重力の井戸を取り囲む磁場を正確に計測したところ、このブラックホールの周囲の磁場の強さは、これまで考えられていたよりも約400倍も低いことがわかりました。

 

計測方法

磁場を計測するために、物理学者は2015年にブラックホールからジェットが稀に暴発した際に収集されたデータを使用しました。これは、世界最大の望遠鏡であるカナリア大望遠鏡の34フィートのレンズで、カナリア赤外線カメラ実験(CIRCE)と呼ばれる赤外線カメラを使って観測されたものです。

 

この研究によると、ブラックホールは、銀河のロックスターである物質の小さな流れを排出しています。この現象は、短い時間、突然発生します。2015年のはくちょう座V404星のアウトバーストは、わずか2週間ほどしか続きませんでした。1989年にも同様の現象がありました。

 

はくちょう座V404星

 

この研究では、各波長で流れがどれだけ早く減衰するかを比較しました。これにより、発光領域の大きさを限定し、その中のプラズマが放射光によって冷却されていることを突き止め、ブラックホール周辺の磁場を計算することができました。

 

赤外線、X線、電波、光学の同時観測により、銀河系ブラックホールのコロナの磁場は461±12ガウスと正確に計測されました。これは、これまでの推定値よりも大幅に低く、ブラックホールだけでなく、中性子星連星系における降着物理に対する制約を与えるものです。【降着:降着円盤の中で重力によってより多くの物質、特に気体状の物質を引きつけることにより、粒子が重い天体へと集積すること】

 

銀河系外および銀河系内のブラックホール系における等分配磁場強度を見積もるために、物理学者はシンクロトロン光源の最小必要エネルギー値を用いています。この方法論にはいくつかのよく知られた警告がありますが、最近の研究では、荷電粒子エネルギーがジェット系における磁場エネルギーと平衡であることの証拠が示されています。

 

これらの論拠をはくちょう座V404星の冷却現象に適用し、等分配磁場強度を導出しました。

ここで、F∪は線源aの放射周波数(u)の流れ、kは系内の全帯電粒子の低質量荷電(陽電子と電子)に対するエネルギー比です。特徴的な時間スケール(τ)は、発光領域の大きさに上限を与えます。

 

しかし、この減衰現象は、電子加速が停止した時点のジェット発射コロナの物理状態を示しているに過ぎません。この研究では、そもそも電子集団を加速させるような過程は一切考慮されていません。さらに、はくちょう座V404星ブラックホールでは、加速領域とは物理的に異なる非増加放出領域が存在することも、スケーリングの違いを説明することができます。

 

はくちょう座V404星のアウトバーストを研究したのは、今回が初めてではありません。NASAの宇宙望遠鏡NuSTARや、電波望遠鏡Arcminute Microkelvin Imager、光学望遠鏡William Herschel UltraCAM、カリフォルニア工科大学のX線観測によっても観測されています。

 

ブラックホールの磁場が弱くても、引力は依然として極大である

 

この研究の成果

この研究により、ブラックホールにおける磁気の働きや、極限状態における物質の反応についての理解が深まり、より優れたGPSシステムの構築や核分裂発電の限界の向上に役立つと考えられます。

 

また、今回の計測は、ブラックホールの巨大な磁場から光速で放出される粒子の「ジェット」が、他のすべてをブラックホールの深淵に吸い込んでしまうという50年来の謎の解明に貢献するものと思われます。

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