アルマ望遠鏡、マイクロクエーサーからの冷たいガスの噴流を明らかに

大マゼラン雲には奇妙なガンマ線放出体があり、その発生源について天文学者たちは困惑している。それは、システムの一部であるコンパクトな天体を作成した超新星によって残された灰の中にあります。超新星残骸は放出を説明する証拠の一部を提供しますが、物語のすべてを説明するわけではありません。

そこで、日本の 2 つの大学の研究チームは、LMC P3 と呼ばれるこの天体を詳しく調べることにしました。彼らはガンマ線を追跡する代わりに、チリのアタカマ大型ミリ波サブミリ波アレイ（ALMA）で天体を観察した。これは、空の物体の非常に詳細な電波ビューを提供する一連の電波望遠鏡です。アルマ望遠鏡は、LMC P3 付近の寒冷雲の近くにある一酸化炭素 (CO) 分子からの電波放射に焦点を当てました。これは天の川銀河の外で発見された数少ないそのような天体の 1 つであり、天文学者はそれをマイクロクエーサーと名付けました。それは巨大な O 型星と、ブラックホールまたは中性子星の存在によって説明できるコンパクトな天体で構成されています。

チームリーダーである岐阜大学のブバナ・ガディケレ・ラジェンドラ氏と共同研究した名古屋大学の天文学者福井康夫氏によると、LMC P3で検出されたものは異常だという。「巨大な分子ジェットを発見しました」と福井氏は語った。このジェットは、26 光年の宇宙に広がる分子ガスで構成されています。参考までに、明るい星ベガは私たちから 25 光年離れたところにあるので、ジェット機は私たちとその星をいとも簡単に結びつけるでしょう。

奇妙なことに、分子ジェット自体は (私たちの基準では) 冷たいのですが、天体物理学的には約 35 ～ 60 ケルビンの温度に「加熱」されています。これと比較すると、周囲の 15 ケルビンのガスよりは暖かいですが、それでも非常に寒いです。この温度差は、ガスが別のジェットと相互作用していることを意味します。これは、ガンマ線を放出するのに十分なエネルギーを備えた、近くのコンパクトな物体から来る高エネルギーの粒子の流れです。その物体はマイクロクエーサーであることが判明し、それが仕事をするためのエネルギーを持っていると考えられます。

マイクロクエーサーが放出を説明する

マイクロクエーサーは興味深い天体です。これらは実際には、伴星と結合した恒星質量ブラックホールまたは中性子星という 2 つの天体で構成されています。ブラックホールは常に星から物質を吸い込み、それがブラックホールの周りに渦巻く降着円盤を作り出します。これは、X 線とガンマ線の放出につながるかなりエネルギー的な相互作用です。また、光速に近い速度で飛び出す高速ジェットも生成します。これらは、銀河の中心にある超大質量ブラックホールの周囲の非常に活動的な領域であるクエーサーのより小さいタイプであるため、マイクロクエーサーと呼ばれます。

福井氏は、分子雲の大部分で比較的高い温度が観測されたことから、このガスがこのコンパクトな天体から来る高エネルギージェットと相互作用している可能性が非常に有力であると述べた。このジェットはまさにLMC P3のガンマ線にも電力を供給できる種類のものである。このことは、この物体が超新星爆発で超大質量星が崩壊した際に残ったブラックホールであるという考えを後押しするものでもある。

2 つの競合する理論の解決

この発見に先立って、科学者たちは排出の原因について 2 つの競合する理論を持っていました。 1つは、パルサー風が排出の原因となっている可能性があるというものだ。つまり、物体はパルサーである必要があり、物体の回転に伴って高エネルギー粒子の流れが脈動して送り出されます。中性子星は超大質量星が崩壊するときに生成されますが、都市ほどの大きさの空間に中性子だけが密集した星の残骸が残ります。

もう 1 つの理論は、この物体は実際にマイクロクエーサーであるというものです。新たに発見された「冷たい」ジェットの発見は、このコンパクトな天体が、伴星から物質を引き込んで降着円盤を形成する恒星質量ブラックホールまたは中性子星である可能性を強く示唆している。ブラックホールは中性子星よりも強力なジェットを駆動するため、LMC P3のガンマ線放出が特に多いという事実は、アルマ望遠鏡によって発見された信号のマイクロクエーサーの起源を示す決定的な証拠となる。「それは、その中心物体がブラックホールである可能性を非常に強力に裏付けています」と福井氏は述べた。

アルマ望遠鏡が質問に答え、提起する

物体 LMC P3 は、非常に強力なガンマ線放射のおかげで 2016 年に初めて発見されました。天の川銀河の外で発見された最初の天体でもありました。当初から天文学者らはこれがX線連星ではないかと疑っていたが、チャンドラX線天文台の研究でそれが裏付けられたようだ。その後、FERMI望遠鏡がそれを観測し、その物体からのガンマ線放出の周期が10.3日であることが判明した。それはジェット機を含む多くのアイデアを示唆しました。

アルマ望遠鏡による詳細な観測は周囲のガス雲に焦点を当て、「冷たい」ジェットが流れ出ているのを発見した。このため、このようなジェット機の「発射メカニズム」について疑問が生じた。研究チームが観測について発表した論文の中で、研究チームは次のように書いている：「高温は、ガンマ線連星によって駆動されるマイクロクエーサージェットの衝撃加熱によるものであると解釈する。このコンパクトな天体にはO星の風によって供給される降着円盤がある。COジェットは、マイクロクエーサージェットと周囲星間物質（ISM）雲の相互作用からCOジェットが形成される可能性があることを示す磁気流体力学シミュレーションからの既存の予測と一致する。これらの結果は強力な証拠を提供する」 COジェットはマイクロクエーサージェットによって刻まれた痕跡であり、ガンマ線の起源としてLMC P3の質量降着を裏付けるものである。

この発見は、高エネルギー放射とそれを提供する天体の研究にとって重要な天体物理学的意味を持ちます。史上初めて発見されたマイクロクエーサーである SS 433 などの天体に関する進行中の研究と組み合わせることで、LMC P3 などの発見は、コンパクト天体の作用や周囲の天体との相互作用について新たな洞察をもたらします。