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宇宙

ブラックホールの秘密を明らかにしたい

天文学者たちは2018年、2億光年離れた銀河で観測された奇妙な爆発に衝撃を受けました。それはこれまでに観測されたどのような通常の超新星とも異なって、より短期的で明るさの強いものだったからです。この現象には「AT2018cow」という正式名称が与えられたのですが、すぐに「カウ(雌牛)」というもっと陽気な愛称が付けられました。

 

突発天体として知られるこの短期現象は、説明のつかないものでした。恒星が近くのブラックホールに引き裂かれているのではないかと考える者もいましたが、「Failed Supernova」と呼ばれる、ブラックホールが文字通り恒星を内部から飲み込んでしまう現象を有力視する者もいました。しかし、確証を得るにはカウのような現象をほかにも発見する必要があったのです。

 

それから2年以上が経ったころ、また同じような現象が起きました。複数の望遠鏡が2020年10月12日から、30億光年離れた銀河で何かが強い光を放ち、のちに視界から消えたことを観測したのです。

 

「arXiv.org」に2021年3月上旬に公開された論文において天文学者たちは、その反応がカウとほぼ同じであったことを報告しています。そして、このふたつが同じ種類の現象であるはずであるとの結論に至っています。動物から名前を付けるという伝統に則って、今回は「キャメル(ラクダ)」という名が付けられました。

 

「これは非常に刺激的なことです」と、ノースウエスタン大学の天体物理学者であるディアン・コペヤンスは語ります。

 

「AT2018cowのような新たな突発天体の発見は、それがまったくの変わり種ではないことを示しています。これはわたしたちが調査している新種の突発天体なのです」

 

カウは完全なるサプライズであり、天文学者たちはそれが現れたときに自分たちが何を見ているのか、明確にはわかっていませんでした。キャメルはそれとは対照的に、新型の警報装置に引っかかった泥棒のようなものかもしれません。

 

「消滅する数日前に、わたしたちはそれが何なのか理解することができました」と、今回の新たな研究を主導したリヴァプール・ジョン・ムーアズ大学の天体物理学者、ダニエル・パーレイは語ります。そして多くの追跡調査データを得ることができたのです。

 

それから4日後、研究チームはカナリア諸島とハワイの望遠鏡を使ってキャメルの性質に関する重要なデータを入手しました。その後、「Astronomer’s Telegram」と呼ばれるサーヴィスを通じてほかの天文学者たちにアラートを送りました。

 

この現象には、ふたつの名称が与えられました。ひとつは、あらゆる突発天体をまとめた国際的なカタログによる「AT2020xnd」。もう一方は、キャメルを発見したカリフォルニア工科大学の光学観測装置ZTF(Zwicky Transient Facility)にちなんだ「ZTF20acigmel」です。研究チームは、後者の名称にひねりを加えて「キャメル」という愛称を付けました。どうやら「Xnd」からはピンとくるものがなかったようです。

 

先のカウと同じく、キャメルも短期間で一気に明るさを増し、2~3日で光度のピークに達しました。キャメルの光度は、通常タイプの超新星の約100倍にも達していて、その後は数週間とかからず、わずか数日の過程のなかで急速に光を失っていきました。それは非常に高速で光を失いつつも、高温は維持されていました。

 

この発見に先駆けて、天文学者たちは過去データの調査から「コアラ」と「CSS161010」というカウに似た現象をふたつ発見していました。しかし、リアルタイムで観測されたのはキャメルが初であったことから、カウ以来の詳細な研究が進められることになったのです。

 

この4つの現象には、同様の性質があります。どれも急速に明るくなり、光を失うのも速かったことです。より高温であることから、見た目が青く、しかし、これらの「高速青色光学突発天体」が完全に同一というわけではありません。

 

「爆発そのものと、死後のゾンビ的な反応は非常によく似ています」と、コアラを発見しキャメルを発見したチームの一員でもあるカリフォルニア大学バークレー校の天体物理学者のアナ・ホーは語ります。

 

どの現象も、近くのガスや塵と衝突した星から生まれた何らかの爆発だと見られています。しかし、爆発が起きて周囲の物質との衝突が観測される衝突地点では、周囲の物質の量や爆発で起きた衝撃波が物質を突き抜けて進む速度に変動があるのです。

 

現時点で最も有力とされているのが、「Failed Supernova」であるという仮説です。これは太陽の20倍前後の質量をもつ巨大な恒星が寿命を迎え、燃料を使い果たしたときに起こる過程です。

 

そしてこの恒星の核が崩壊し、普通なら通常の超新星が発生します。通常の超新星では落下した物質が反発を起こし、後には中性子星と呼ばれる高密度の物体が残ります。

 

しかし、キャメルやカウの例では、「核の崩壊の過程で通常とは異なることが起こります。核が中性子星へと崩壊する代わりにブラックホールへと直接崩壊し、恒星の大半がブラックホールへと吸い込まれる・・・

 

ブラックホールが恒星の外層を飲み込む中で、この恒星は急激に回転を始め、そこから生み出された強力なジェット(ガスの流れ)が両極から噴出します。わたしたちが目にするのは、恒星の外層を突き破ったジェットによって発生した光の爆発ということになるのです。

 

他にも、中間質量ブラックホールが軌道上の恒星の物質を剥ぎ取ることで起きる現象であるという説なども提案されていますが、これは広く受け入れられている説ではありません。それは新奇な説であり、新奇性の高い説のほうが受け入れ難くあるのです。

 

キャメルが驚異的だったのは、天文学者が電波やX線をはじめとするより多くのデータを素早く収集できたことでした。クイーンズ大学ベルファスト校の天文学者で、2018年に最初にカウを発見したスティーヴン・スマートによると、このデータがこれらの現象の原因を解明する上で非常に有効になってくる可能性があるといいます。

 

キャメルから得られたデータは、2018年のカウをほぼ模倣していて、これは今後、天文学者たちがもっとこのような天体を発見し、その正体を理解できる可能性があるのだという自信を与えてくれるものかもしれません。

 

現在は、観測手法の改良によってこうした現象を発見しやすくなっていて、それは可能なはずです。そして、より詳細な研究を進めるために、このような天体の新たな出現が期待されています。

 

これは、わたしたちが空を観察するとき、いかにしてまったく思いも寄らないものが見つかることがあるのか、という一例に過ぎないのです・・・

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