約5億光年離れた銀河にある太陽に似た星が、徐々にブラックホールに飲み込まれていく。ブラックホールに近づくたびに、地球の質量3個分に相当する物質が放出されます。
レスター大学の天文学者によって検出された大量のX線バーストは、地球の質量の3倍がブラックホールで燃えていることを示唆しています。近くの銀河では、太陽に似た星が小さな貪欲なブラックホールによってゆっくりと飲み込まれており、接近するたびに地球の質量の3つが失われています。
9月7日に学術誌ネイチャー・アストロノミーに掲載されたレスター大学の天文学者らによるこの発見は、ブラックホールがどのようにして恒星の周回を混乱させるのかを理解する上で「ミッシング・リンク」を提供するものとなった。これは、多数の星が食い荒らされているものの、まだ発見されていないことを示唆しています。研究チームは英国宇宙庁と英国科学技術施設評議会（STFC）から支援を受けた。
詳細を発見する
天文学者たちは、天の川銀河から約5億光年離れた近くの銀河2MASXJ02301709+2836050の中心から来たと思われる明るいX線フラッシュによって目覚めた。スウィフト J0230 と名付けられたこの天体は、ニール・ゲーレルス・スウィフト天文台で開発された新しいツールを使用して科学者によって最初に発見されました。彼らはすぐにスウィフトによるさらなる観測を手配し、予想されたように徐々に減衰するのではなく、7〜10日間明るく輝き、その後突然消え、このプロセスを約25日ごとに繰り返すことが判明した。
アーカイブされた PanSTARRS データから撮影された、新しいイベントが発生している銀河の光学画像。 X 線の物体は、100 メートル離れた白い円内のどこかにピンの頭ほどの大きさがあります。誕生2年目の超新星の位置も示されている。出典: ダニエレ・B・マレサニ/PanSTARRS
足りない部分を繋ぎ合わせて
同様の挙動は、いわゆる準周期バーストや周期核過渡現象でも観察されており、星の物質がブラックホールの近くを周回する際にブラックホールによって引き裂かれる現象であるが、それらはバーストの周波数と、バーストが主にX線で起こるか光学的光で起こるかが異なる。スウィフト J0230 の放射の規則性はその中間にあり、これが 2 つのバースト タイプ間の「ミッシング リンク」であることを示唆しています。
科学者らは、両方の種類の現象に対して提案されたモデルをガイドとして使用し、スウィフト J0230 の爆発は、銀河の中心にある低質量ブラック ホールの周りを楕円軌道で周回する太陽と同じ大きさの星を表していると結論付けました。星の軌道がブラック ホールの強力な引力に近づくと、地球の質量 3 個に相当する物質が星の大気からはぎ取られ、ブラック ホールに落ちるときに加熱されます。摂氏約200万度の高温では大量のX線が放出され、スウィフト衛星によって初めて捕らえられた。
スウィフト J0230 の爆発前（左）と爆発後（右）の上空の同じ場所の X 線画像。画像はスウィフト衛星に搭載された X 線望遠鏡で撮影されました。画像クレジット: Phil Evans (レスター大学)/NASASwift
専門家の洞察
レスター大学物理・天文学部の筆頭著者フィル・エヴァンス博士は、「太陽のような星が繰り返し引き裂かれ、低質量ブラックホールに飲み込まれるのを我々が目撃したのはこれが初めてだ。いわゆる『繰り返しの部分的な潮汐破壊』現象そのものは、かなり新しい発見であり、2つのカテゴリーに分類されるようだ。数時間ごとに噴火するものと、1年程度ごとに噴火するものである。」と述べた。この新しいシステムはこれら 2 つのカテゴリのちょうど中間に位置し、数値を計算してみると、関係するオブジェクトのタイプも非常によく適合していることがわかります。」
エヴァンス博士とともにスウィフト衛星で研究しているロブ・アイルズ・フェリス博士は、最近レスター大学で博士号を取得しましたが、その中にはブラックホールによる星の破壊の研究も含まれていました。 「私たちがこれまでに見た星系のほとんどでは、星は完全に破壊されました」と彼は説明した。 「スウィフト J0230 は、部分的に破壊された星のカテゴリーに新たに加わったエキサイティングな星です。なぜなら、この 2 つのクラスの天体の間に発見された真のつながりが示されており、私たちの新しいシステムがミッシングリンクを提供してくれるからです。」
ニール・ゲイルズ・スウィフト天文台のイラスト。出典: NASA
さらなる発見を楽しみにしています
レスター大学のキム・ペイジ博士は、この研究のデータ分析に携わりました。「新しい一時的探索ツールを発表してから数か月以内に Swift J0230 を発見したことを考えると、このような天体はさらに多く発見を待っていると予想されます。」
クリス・ニクソン博士は理論天体物理学者で、最近レスター大学からリーズ大学に転校しました。彼はこの出来事を理論的に説明する取り組みを主導した。彼の研究は英国科学技術施設評議会とレバーフルム信託から資金提供を受けています。
彼らは、ブラック ホールの質量は太陽の約 10,000 ～ 100,000 倍であると推定していますが、これは銀河の中心に通常見られる超大質量ブラック ホールとしてはかなり小さいものです。私たちの銀河の中心にあるブラック ホールの質量は 400 万太陽質量であると考えられていますが、ほとんどのブラック ホールは約 1 億太陽質量です。
これは、レスター大学のチームによって開発され、コンピューター上で実行されたスウィフト衛星の新しい過渡検出器を使用した最初の発見です。極端な現象が発生すると、それまで X 線が存在しなかった空の領域に X 線のバーストが発生します。これを天文学者は天文学的 X 線過渡現象と呼びます。これらの一時的なイベントは極端なイベントの始まりを告げるものですが、少なくとも迅速に検出するのは簡単ではないため、この新しいツールは新しいタイプの一時的なイベントをリアルタイムで探すために開発されました。
エヴァンス博士はさらに、「この種の物体は、私たちがこの新しい施設を建設し、この全く新しい、これまでに見たことのない出来事をすぐに発見するまで、ほとんど検出できませんでした。スウィフトはほぼ20歳ですが、私たちが存在することを知らなかった真新しい出来事を突然発見しています。これは、宇宙の新しい見方を見つけるたびに、何か新しいことを学び、以前は存在していなかった何かがそこにあることに気づくことを示していると思います。」と付け加えた。
国際協力と今後の展望
英国宇宙庁の宇宙科学責任者キャロライン・ハーパー博士は、「これは世界をリードするスウィフト計画によるもう一つのエキサイティングな発見だ。太陽に似た星が十分近くを周回するたびに、低質量のブラックホールがそれに噛み付く」と語った。
英国宇宙庁は長年にわたって NASA と協力してこのミッションに取り組んできました。英国は 2 つの主要な科学機器のハードウェア開発を主導し、Swift Science Data Centre に資金を提供しました。私たちは引き続きこのデータ センターを支援しています。私たちは、宇宙全体のガンマ線バーストとそれを引き起こす大規模な出来事についてのスウィフトの今後の理解に期待しています。