宇宙航空研究開発機構(JAXA)などで構成される研究グループは8月25日、国際宇宙ステーション(ISS)の日本実験棟「きぼう」の船外実験プラットフォームに搭載されている全天エックス線監視装置(MAXI:MAII-sky X-ray Im age)と米国のガンマ線バースト観測衛星「Swift」の連携により、地球から約39億光年離れた銀河の中心にある巨大ブラックホールに星が吸い込まれる瞬間を観測することに成功したことを明らかにした。

同成果は、米国ペンシルパニア州立大学のDavid Burrows氏を中心とするSwiftチームと、MAXIチームである東京工業大学の河合誠之氏、薄井竜一氏、理化学研究所の杉崎睦氏、京都大学の上田佳宏氏、廣井和雄氏、日本大学の根來均氏らによるもので、8月25日(日本時間)発行の英科学誌「Nature」(オンライン版)に掲載された。

Swiftの観測チームは2011年3月28日21時57分(日本時間)に、同衛星に搭載されているガンマ線バースト検出望遠鏡(BAT:Burst Alert Telescope)によって「りゅう座」の方向にある天体(Swift J1644+57と命名)から突然強いX線を検出した。

同天体は、その後もさらに強いX線放射を繰り返したことから、観測チームは重い星の死とブラックホールの誕生に伴ってしばしば観測されるガンマ線バーストとは異なるものと考え、その連絡を受けたMAXIの観測チームが同天体の観測データを調べたところ、Swift J1644+57 からのX線がMAXIでもSwiftによる発見の数時間前から検出されていたことが判明した。

さらに過去に遡って調べたところ、今回の活動が始まるまでX線は放射されていなかったことが確認され、MAXI とSwiftの観測を解析した結果、このX線の正体が、銀河の中心核にあるブラックホールに星が吸い込まれた瞬間を捉えたものと判明した。

毎日更新されているMAXI全天画像に出現したSwift J1644+57。左:発見される一週間前の2011年3月21日のMAXI全天画像の一部と、Swift J1644+57付近の拡大図。X線源は見えていない。右:3月29日の画像。Swift J1644+57 が拡大図の中心に検出されている。これらの図では、軌道上の電子などの荷電粒子バックグラウンドは除去されておらず、その寄与が走査パターンとなって筋状に表示されている((C)JAXA/RIKEN/MAXIチーム)

Swift J1644+57 付近の天域(6度平方)のMAXIによるX線画像。左:Swift J1644+57が活動していなかった2009年9月1日～2010年3月31日の期間の画像。明るいX線天体は見えない。右:Swift J1644+57がX線で輝いていた 2011年3月28日～4月3日の画像。図の中心に明るい像が Swift J1644+57。上の図と異なり、X線以外の成分を取り除いて、同じ強度のX線天体が図の上でも同じ明るさに見えるようにしてある((C)JAXA/RIKEN/MAXIチーム)

また、X線の強さと激しい変動の様子から、X線を放射しているのは光速に近いジェットであることが世界で初めて確認された。これまでも、恒星がブラックホールによって潮汐破壊されて吸い込まれていると考えられた現象が観測されたことはあるが、今回ほど激しい現象ではなく、また、その始まりも捉えられていなかった。

MAXIによる全天X線地図((C)JAXA/RIKEN/MAXIチーム)

なお、MAXIのX線カメラは低いエネルギーのX線を捉えることが出来、かつ常時観測できるという特徴があるため、SwiftのBATと合わせて活用することで、今後も新たな現象の発見が期待できるという。

今回発見されたブラックホールの半径は2.6×1010m。太陽の半径が7×108m、水星の軌道半径が5.8×1010mなので、いかに巨大なブラックホールであるかが分かる(JAXAの配布資料より抜粋。(C)JAXA/RIKEN/MAXIチーム)

Swift J1644+57の相対論的ジェットの誕生のイメージ。下の説明文を翻訳すると左から順に「太陽のような普通の恒星が遠方の銀河の中心にある巨大ブラックホールに近づく」、「ブラックホールの近傍では強い潮汐力が働いて星が変形する。近づきすぎると星はばらばらになる」、「星の一部はブラックホールに向かって流れ込み、その周りに円盤を形成する。星の残りは宇宙空間に散らばっていく」、「ブラックホールの近傍では磁場によって光速に近い荷電粒子の細いジェットが形成される。ジェットの正面からは、強いX線原、電波源として見える」ということとなる。この際のほぼ光速に近い荷電粒子のジェットがX線を発し、それを今回、MAXIなどで観測することに成功した。ちなみにX線を確認できる角度は2-3度のみということで、確率としては1/1000程度だという((C)NASA)