米国科学財団の国立電波天文台（NRAO）と提携機関は最近、天文学者らが天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホール射手座A*（Sgr A*）から発せられる高温の宇宙風を観測データで初めて明確に捉え、半世紀にわたる理論的推論の直接証拠を提供したと発表した。

天体物理学理論によれば、ブラックホールが周囲のガス状物質を飲み込むと、その一部が事象の地平線に吸い込まれるだけでなく、物質の一部がジェットや風の形で外側に飛ばされるはずだ。しかし、この天の川の中心にあるブラックホールの「風」ははっきりと観測されていません。

この研究は、チリにあるアタカマ大型ミリ波/サブミリ波アレイ望遠鏡 (ALMA) を利用しています。数年間の観測に基づいて、科学研究チームはこれまで射手座A*の周囲の冷たいガスの最も詳細な分布図を描き、ブラックホールの「呼吸」によって残された直接の痕跡を発見した。

研究者らは、いて座A*から約1パーセク（約3光年）の範囲内で、1.3ミリ波帯の一酸化炭素分子の放射を長期間観測してきた。このタイプの分子は低温分子ガスの典型的なトレーサーであり、ブラック ホール近くの低温ガスの空間構造を記述するのに役立ちます。

射手座 A* 自体の電波放射強度は高く、時間とともに急速に変化するため、研究チームはまずブラック ホール自体の明るい電波信号を慎重にモデル化して差し引いて、「グレア」干渉を可能な限り排除しました。

ブラックホールからの強い放射線を「差し引いた」後、研究者らは周囲の冷たいガスの非常に弱く複雑な構造を区別することができ、偶然にも巨大な円錐形の空洞を発見した。それは冷たいガスの分布図上では明らかな欠落領域として現れ、その幾何学的形状は射手座A*を直接指している。

この構造の物理的特性を確認するために、科学研究チームはNASAのチャンドラX線天文台のデータとも比較し、同じ宇宙領域が高温ガスから放出されるX線放射で満たされていることを発見した。

これは、この円錐形の空洞には単に物質が欠けているのではなく、ブラック ホールによって駆動される高温の風によって満たされていることを示しています。この風は、元の冷たいガスを「吹き飛ばす」か、またはそれを高温に加熱して、冷たいガスの形で現れないようにするかのどちらかです。

研究によると、アルマ望遠鏡のデータに基づいて作成された低温ガス分布図は、これまでの同様の一酸化炭素観測よりも約 100 倍感度が高く、その空間分解能は約 80 倍高いことが示されています。これは、これまで射手座 A* 付近の 1 パーセク範囲での冷たいガスの最も鮮明で感度の高い観測となった。

これに基づいて、科学者らは天の川銀河の中心にあるブラックホールによる流出構造を初めて明確に特定しただけでなく、数十年にわたってこの分野を悩ませてきた「風の欠落」問題も解決し、天の川銀河の中心にあるブラックホールが風の形で周囲の環境とも激しく相互作用していることを証明した。

科学研究チームは、射手座A*が吹くこの高温の風は少なくとも2万年続いていると推定しており、ブラックホールが長期的かつ安定的にエネルギーと運動量を外側に放出していることを示している。

しかし、他のいくつかの銀河の中心で見られる巨大で明るいジェットと比較すると、天の川銀河の中心でのこの風は比較的「穏やか」であり、非常に激しいジェット構造を形成していません。その代わりに、より「控えめな」方法で、天の川の中心部のガス生態環境を変化させます。

科学者らは、この発見は超大質量ブラックホールの「摂食」と「フィードバック」のプロセスについて人々の理解を深めるのに役立つと指摘した。一方で、ブラックホールは周囲のガスを降着させてエネルギーを獲得し、他方で、エネルギーと物質は流出またはジェットを通じて銀河の中心に再注入され、それによって星形成やガス循環などの巨視的なプロセスに影響を与える。

人類の故郷である天の川銀河の「呼吸」リズムとその中心ブラックホールのパターンは、銀河全体の進化を理解する上で非常に重要です。この観察は、これまでで最も明確な経験的サンプルの 1 つを提供します。

アルマ望遠鏡は、その鍵となる装置として、ヨーロッパ南天天文台、米国国立科学財団、国立自然科学研究所がチリ共和国と協力して建設・運営する大規模な国際天文施設です。ミリ波帯とサブミリ波帯を使って冷たい宇宙のガスや塵の構造を観察することを目的としています。

国立電波天文台は、北米を代表してアル​​マ望遠鏡の建設と運用を担当しています。これは、国立科学財団の下にある重要な電波天文学観測プラットフォームであり、世界の天文コミュニティにオープンで先進的な観測施設を提供しています。

関連機関によると、いて座A*の「呼吸」を示す初めての明確な証拠は、理論と観測の間のギャップを埋めるだけでなく、マルチバンドとマルチ機器を使用した天の川銀河中心の将来の共同探査に新たな窓を開くものとなる。

長期的なベースラインとより高精度の観測が蓄積され続けるにつれて、人々はこの宇宙風の進化の歴史をさらに特徴づけ、天の川銀河の中心におけるガスの分布と星の形成活動に対するその重大な影響を評価することが期待されています。