急速に回転する星がブラックホールに接近するとき何が起きるのか
シラキュース大学（ニューヨーク州）の天体物理学者たちが、「繰り返す部分的潮汐破壊現象」（rpTDE：repeating partial Tidal Disruption Events）における奇妙な活動パターンの説明として、これまで見落とされていた要因を発見した。この現象は、超大質量ブラックホールに近すぎる距離まで近づいてしまった星との相互作用だ。星が完全に飲み込まれるほどではない場合、接近は何度も繰り返される。
研究チームは大学院生のアナニャ・バンドパッダイ、ポスドク研究員のベンジャミン・アメンド、准教授のエリック・コフリンで構成されている。彼らの提案によれば、星の自転速度がこの繰り返す閃光現象の明るさの変化に重要な役割を果たしており、特に高速回転する星がこのパターンを再現するために必要だという。
質量損失では説明できない謎
星がブラックホールに接近する過程で失う質量の大きさは、星の内部構造に左右される。バンドパッダイが指摘したように、低質量の星は「ふんわりした」構造をしており、ブラックホールの重力による潮汐力の影響で質量を失いやすい。一方、高質量の星は層状の堅い構造を持ち、外殻から質量を失いながらも完全には消滅しない。
質量損失の説明は観測した潮汐破壊現象のほとんどに当てはまった。しかし特定のパターンが何度も現れた。調査した10個の繰り返す閃光現象のうち、4つのイベントが予想よりも暗い閃光を生じたのだ。質量損失だけではこの挙動が説明できず、実際に予測された閃光は四つのケースで理論値より暗く留まった。バンドパッダイは「この謎に2年間取り組んできた」と述べている。
そこで研究チームは、星の自転速度を含めた別の要因を検討することにした。超大質量ブラックホールに破壊された高質量の主系列星の流体力学シミュレーションを実施し、ブラックホールによる潮汐剥離のほかの側面も考慮した。これらのイベントは星に対してトルクを加わえ、接近のたびに自転速度を加速させる。やがて星がブラックホールと遭遇するたびに剥離される物質が少なくなり、その結果として閃光が予想より暗くなるという現象が生じる。
高速回転が閃光の明るさを決める
星の自転が暗い閃光の謎にどのように関係するのか。研究チームが見つけたのは、既に非常に高速で回転している星は、接近のたびにさらに加速されることがないということだ。星の自転速度がほぼ一定に保たれれば、毎回剥離される物質の量は大体同じままとなり、これが閃光の明るさに影響する。つまり、自転速度が閃光の明るさを左右する重要な要素であることが明らかになった。
では、星はどのようにして、ブラックホールとの近接遭遇を何度も繰り返しても質量損失が一定に保たれるほど高速に回転するようになるのか。コフリンによれば、研究チームは数カ月の間にブラックホールを軌道周回する星を何度も観測しているという。彼は「超大質量ブラックホールに星を数カ月の軌道周期に結びつけることは極めて難しいにもかかわらず、rpTDEではそのようなことが起きているようだ」と述べている。ここで登場するのがヒルズメカニズムと呼ばれる現象だ。これは密接に軌道を共にする連星が超大質量ブラックホールの近くを通り過ぎるとき、ブラックホールの重力によって連星が分離され、一方の星が捕捉されるプロセスを説明している。
出典: Universe Today
