ブラックホールの「食べ方」は大きさで変わらない—超大質量と恒星質量で同じ物理法則
ブラックホールを見つけるなら、そこから噴き出すジェットを探すのが最も簡単だ。イオン化したガスの流れが光速に近い速度でブラックホールから放出されるジェットは、ブラックホールが物質を吸い込んで高温プラズマの降着円盤を形成するときに生じる。不活動なブラックホールはジェットを発生させないため、発見が難しい。では、ブラックホールがジェットを形成するにはどの程度活動的である必要があるのか。Nature Astrophysicsに掲載された最新研究は、この問題に光を当てている。
恒星質量のブラックホールは通常、伴星の存在によって活動的になる。ブラックホールが伴星の近くを公転していれば、その星の外層を剥ぎ取って物質を吸収できる。吸収できる物質が多いほど、ブラックホールが物質を消費する速度は速くなり、活動性は高まる。ただし一定の限界がある。ブラックホールが物質を消費する速度が速いほど、熱と光が増加する。消費速度が速すぎると、熱圧が流入するガスを押し出してしまう。いわば「食卓をきれいにしてしまう」状況になり、ブラックホールは不活動になる。この最大消費速度はエディントン限界として知られている。
幸いなことに、恒stellar質量のブラックホールがジェットを作るのに必要な消費速度はエディントン限界の約2%程度だ。観測データに基づくこの臨界値のおかげで、恒星質量ブラックホールの多くがジェットを保有している。
超大質量ブラックホールは「異なる食べ方」をしている
超大質量ブラックホールの物質獲得方法は異なる。近すぎる星を引き裂く潮汐破壊イベント（Tidal Disruption Event、TDE）によって物質を集める。この現象により、ブラックホールは莫大な速度で物質を消費でき、エディントン限界さえ超過することがある。TDEはX線バースト和激しいジェットを迅速に生成できる。しかし、すべてのTDEがX線バースト放出するわけではなく、その理由は完全には解明されていない。さらに興味深いのは、明るいTDEを伴わない超大質量ブラックホールもジェットを生成することだ。
研究チームはこの謎を解明するため、20個のTDEの観測に焦点を当てた。電波、可視光、紫外線、X線の周波数帯で観測を実施した。約10のイベントについて、物質消費速度とジェット形成の両方を決定することができた。明るいTDEの場合、ブラックホールが急速に物質を消費して初期ジェットを生成する超エディントン段階が数年間続く。その後、これと同じブラックホールが二次ジェットを生成し始める。この期間中、ブラックホールは降着円盤から物質をエディントン限界の約2%の速度で消費している。これは恒星質量ブラックホールと全く同じ値だ。
スケール不変な物理—大きさを問わない共通の法則
長期的なジェット形成プロセスはスケール不変であることが明らかになった。恒星質量ブラックホールと超大質量ブラックホールの両者は降着円盤を形成し、物質消費速度が2%以上であればジェットが形成される。Goodwin他による Nature Astronomy誌への論文「A universal critical accretion rate for black hole jet formation」で報告された この知見の価値は、恒星質量ブラックホールの動力学を研究することで、超大質量ブラックホールの挙動を理解できるようになった点にある。宇宙規模で異なるブラックホールが同じ物理法則に従う証拠が、観測データから初めて実証されたのだ。
出典: Universe Today
