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【三人閑談】
ブラックホールを探る

2018/02/01

ブラックホールは小さい

 例えば天の川銀河の中心核は400万太陽質量もありますが、ブラックホールの周辺領域である事象の地平面(event horizon)の半径は0.1天文単位。0.08いくつです。

松本 地球―太陽距離の10分の1。1500万キロメートル。質量としてはすごいけれども、大きさとしては本当に小さくなるのですね。

 そうなんです。

草上 それも事象の地平面の半径ですからね。

松本 ブラックホール本体はもっと小さいかもしれない。要するにブラックホール自体は小さくても、周りが大きいんですよね。

 そうです。ブラックホール自体は暗いので見えませんが、周辺に起きていることから、そこにブラックホールがあるということを推測せざるを得ない。

草上 3点セットと言っているのは、ブラックホールと降着円盤とジェット噴流ですね。

 降着円盤があれば、引き込まれているものがあるということなんですよ。ただ、それをつくるためには、どんどんものを落とし込んでやらなければいけない。つまり、落とし込むものが常にブラックホールのすぐ隣にないといけない。

天の川銀河の中でブラックホール候補天体と呼ばれている60個のものは、みんな近接連星系といって、すごく近くにふつうの恒星がある。それがブラックホールの周りを回っていて、表面のガスをどんどんブラックホールに落とし込んでいる。

松本 見つかっているブラックホールは実はほとんどが連星系なんですよね。

 でも、私が見つけたのは連星系ではないブラックホール候補なのです。

松本 連星系ではない、「野良ブラックホール」を見つけたというので、すごく意義があるわけですね。

 しかも、実はそういうものが多いという予測があるんですよね。今現在見つかっているブラックホール候補は60個ですけれど、本当は1億個以上あるはずだという予測があるので。

中間質量ブラックホールとは?

 恒星質量ブラックホールは恒星の最後の姿であることは分かったんですが、超巨大ブラックホールがどうやってできたのかが分かっていない。ただ、いくつかシナリオが考えられているんです。

例えば宇宙ができた初期にすごく大きなガスの塊が、そのままブラックホールになってしまった。あるいは初期にできた星が大爆発を起こして、芯にブラックホールを残し、そういうものが成長していくという説です。成長説の中には、ガスを吸い込んでいって成長していくという説と、ブラックホー同士が合体して成長していくという説があります。

松本 岡さんの説は後者ですね。

 そうです。私の観測結果は、ブラックホール同士が合体して成長していくというシナリオを支持するものです。そのシナリオでは、中心核ブラックホールの成長は、中心核だけではなく銀河全体に影響が及ぶんです。

例えば天の川銀河だと中心部分にバルジという丸く膨らんだ構造があります。そのバルジと、中心のブラックホールの重さが割といい関係で比例するという観測データがあります。だから、バルジとブラックホールは一緒に進化していったのではないかと思われている。一緒に進化したということは、両方とも成長していったということになる。そこで合体説が登場するわけです。ブラックホール同士を合体させて、銀河中心核の巨大なブラックホールをどんどん成長させていくシナリオです。

合体はブラックホールだけで行われるのではなく、それが母体となった星々、つまり星団を伴っている場合が考えられます。星団も一緒に中心核で合体をすると、その星団のメンバーの星はバルジの形成に貢献し、ブラックホール同士は合体して、中心核がどんどん大きくなっていくというシナリオが2000年代初頭に出されたんです。

松本 超巨大ブラックホールというのは、各銀河に1つずつあるのですか。

 そうです。いろいろな銀河においてブラックホール質量とバルジ質量を描くと、きれいに線に乗る相関関係が示されています。だから、どの銀河の中心のブラックホールもそんな感じで成長したのではないかと。

でも、そのためには成長の途中過程が必要なんですが、この理論には途中過程がすっぽり抜けていたんです。数百万太陽質量から数百億太陽質量の巨大ブラックホールがドーンとある。そして数太陽質量から20太陽質量ぐらいのものもある。でも、中間のものがわれわれの天の川銀河ではまったくなかったんです。

草上 それが中間質量ブラックホールであると。

 それを主張しているのが私です(笑)。中間質量ブラックホールは超大質量の巨大なブラックホールをつくる過程で、小さいものが合体していく途中過程として現れるものだと考えているわけです。

草上 それは起因としてはどういうものなのでしょうか。

 まず星は、往々にして星団という形で生まれます。われわれがよく知っているのは「すばる」というプレアデス星団ですね。あれはあまり密集していないのですが、中には球状星団という何万個もの星がギュッと丸く集まっているものがあります。

そういうものの中心部はとても星の密度が高くて、星同士が合体する可能性が指摘されています。星同士が合体すると、すごく重い星になり、すごく重い星はすぐ爆発してしまってブラックホールを残す。重いものは、自己重力系といって、どんどん中心に集まる傾向にあるんです。

松本 溜まってくるわけですね。

 軽いものを外に飛ばして、重いものはどんどん中心に溜まってくる。そうすると、中心の重いもの同士が合体を繰り返す。すると、星団の中で中質量ブラックホールが成長すると言われています。

松本 球状星団の中にもブラックホールがあるのですか。

 10年くらい前から球状星団の中にブラックホールがあるのではないかという説がいくつか出ています。ただX線源が見つからないことから強い反対意見もあるんですね。ブラックホール候補天体というと、はくちょう座X - 1に代表されるX線天体というのが固定観念として皆の頭にあるので。

草上 X線というのは、かなりエネルギーが高くないと放出されないのですね。

松本 温度が高いということですね。

 1000万℃くらいないと放出されないんです。だから、ブラックホール候補天体と最初に言われた「はくちょう座X - 1」というのは、X線天文衛星で見つかったものなんです。

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