巨大銀河とブラックホールはどのようにして一緒に進化するのか

2023 年 8 月 3 日

Evrim Yazgin は、メルボルン大学で数理物理学を専攻する理学士号と物理学で理学修士号を取得しています。

メルボルンのスウィンバーン工科大学の天文学者は、銀河とその中心にある超大質量ブラックホールがどのように共進化するのかについての新たな見解を開発した。

研究者らはこれまで、宇宙最大の銀河である楕円形の銀河の中心ブラックホールの質量が銀河の大きさに比例して増加すると仮定してきた。 たとえば、小さな銀河の 2 倍の恒星質量を持つ楕円銀河には、2 倍の質量の中心ブラック ホールもあるはずだと考えられていました。

全体として、楕円銀河の中心にある超大質量ブラック ホールは、銀河の総質量の約 0.2% を占めると想定されています。

四半世紀にわたって、これらの中心ブラックホールと楕円銀河がどのようにして一緒に進化するかを明らかにすることを目的としたコンピューターシミュレーションでは、このモデルが使用されてきました。

しかし、スウィンバーンの研究者らの新たな観測により、楕円銀河サイズの中心ブラックホールが線形に成長するのではなく、「二次」的に成長することが明らかになった。 これは、恒星物質の量が 2 倍ある楕円銀河には、中心にブラック ホールがあることを意味します。四倍大きい。 恒星の質量が 10 倍大きい銀河では、超大質量ブラック ホールのサイズは 100 倍に増加します。

この発見は、王立天文学協会の月刊通知に掲載されます。

「ブラックホールは鎖から外れました」と著者のアリスター・グラハム教授は言います。

既知の宇宙にある 4 つの最大の銀河は楕円形です。 最大の IC 1101 は地球から 10 億光年離れたところにあります。 100 兆個の星が住む IC 1101 の半径は約 200 万光年です (天の川銀河の半径はわずか 53,000 光年です)。 これは、もし IC 1101 が天の川がある場所にあれば、最も近い大きな隣の銀河であるアンドロメダを飲み込むことを意味します。

楕円銀河は非常に大きくなる可能性があるため、その中心のブラックホールも巨大になります。

これは近くの楕円銀河メシエ 87 (M87) で見られます。 2019年、M87の中心ブラックホールは直接画像化された最初のブラックホールとなった。 それは太陽の約5億倍の質量です。 楕円銀河の中心のブラックホールは、通常、太陽の数十億倍の大きさです。

グラハムは、渦巻銀河（天の川のような）の中心を構成する楕円形の星群の超大質量ブラックホールの中で二次成長を発見しました。 しかし、二次成長は楕円銀河の中心ブラックホールの特徴ではないと想定されていました。

天文学者らは、NASA のスピッツァー宇宙望遠鏡によって赤外線波長で画像化された 100 個の銀河を分析することにより、楕円銀河のサイズと中心のブラック ホールのサイズとの間にこの二次関数の関係があることを発見しました。 この発見は、銀河とブラックホールがどのように共進化するかについての私たちの理解を変えました。

これまで純粋な楕円形であると考えられていた銀河の多くは、実際には巨大な星の円盤を持っています。 これらの円盤を考慮すると、二次質量スケーリングが明らかになりました。 この研究は、楕円形銀河と「渦巻きのない」円盤銀河という 2 つのタイプの銀河を示唆しています。

研究者らは、銀河の衝突により星が渦巻銀河に見られる整然とした円軌道の上下の混沌とし​​た軌道に投入されると考えている。 これにより「膨らみ」が生まれます。 当初、これらは顕著な膨らみと塵の多い渦巻きのない円盤を持つ銀河に発達します。 しばらくすると、バルジが優勢になり、純粋な楕円銀河が誕生します。

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元々は「大質量銀河とブラックホールがどのように進化するか」としてコスモスから出版されました。