謎の天体「超高光度X線源」は、小型ブラックホールだった―すばる望遠鏡の観測で明らかに

2015年6月5日 16:14

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ハッブル宇宙望遠鏡で撮像した矮小銀河ホルムベルクIIにある超高光度X線源 X-1 (矢印) の周辺の多色合成画像。おおぐま座の方向、約1100万光年の距離にある。画像の大きさは約1100光年 × 900 光年。赤色は、水素原子からの輝線 (Hα) を表している。(クレジット:ロシア特別天体物理観測所/ハッブル宇宙望遠鏡)

ハッブル宇宙望遠鏡で撮像した矮小銀河ホルムベルクIIにある超高光度X線源 X-1 (矢印) の周辺の多色合成画像。おおぐま座の方向、約1100万光年の距離にある。画像の大きさは約1100光年 × 900 光年。赤色は、水素原子からの輝線 (Hα) を表している。(クレジット:ロシア特別天体物理観測所/ハッブル宇宙望遠鏡)[写真拡大]

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  • すばる望遠鏡で測定した、超高光度X線源の可視光スペクトル。上からホルムベルク II X-1、ホルムベルク IX X-1、NGC 4559 X-7、NGC 5204 X-1。He II がヘリウムイオンからの輝線、Hαは水素原子からの輝線を示す。(クレジット:京都大学)
  • 超高光度X線源 (上) と SS 433 (下) の構造および視線方向。ブラックホール近くの降着円盤は、超臨界流となっており、その内部から強いX線が放射されている。途中から、大量のガスが降着円盤風として吹き出しており、そこからヘリウムイオンや水素原子の輝線が観測される。(クレジット:京都大学)

 ロシア特別天体物理観測所・京都大学などによる研究チームは、謎の天体「超高光度X線源」のうち4天体をすばる望遠鏡で観測し、その全てから、ブラックホールがガスを一気に呑みこむ時の反動で、大量のガスが放出されている証拠を捉えることに成功した。

 我々の近くの銀河をX線で観測すると、銀河の中心から離れた位置に、太陽の100万倍以上も明るい「超高光度X線源」がある。その正体は、星とブラックホールが重力によりお互いの回りを回っている「連星」と考えられていたが、超高光度X線源のブラックホールは、同種のブラックホールのおよそ100倍以上も明るいため、論争の的となっていた。

 今回の研究では、4つの銀河にある超高光度X線源を、すばる望遠鏡を用いて観測したところ、全てのにおいて、温度数万度のガスが大量に存在することを示す、ヘリウムイオンから出る輝線があることを発見した。さらに、水素原子からの輝線の幅がヘリウムイオンの幅よりも大きいため、降着円盤または星から、外向きに加速された高温の「風」が吹き出していることを突き止めた。

 研究グループは、これらを含む様々な研究データを考慮した結果、「小さなブラックホールに大量のガスが一気に流れ込んでおり、その反動で、一部のガスが降着円盤風として放出されている」証拠であると結論づけ、太陽の100万倍程度の明るさをもつ超高光度X線源はすべて「同種族」の天体であり、銀河系内の特異天体「SS 433」と同類であると推論している。

 研究メンバーは、「本年度打ち上げ予定のASTRO-Hや将来のより高感度なX線天文衛星を用いたX線観測、および多波長観測を進めることで、最終的にこれらの謎を解決していきたい」とコメントしている。

 なお、この内容は「Nature Physics」に掲載された。論文タイトルは、「Supercritical accretion discs in ultraluminous X-ray sources and SS 433」。

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