反動を受けた超大質量ブラックホール、統計的証拠で存在を確認
銀河中心の超大質量ブラックホール（SMBH）が合併する際、不均等な重力波の放出によって強い反動を受け、銀河中心を振り子のように往復する現象。この理論的予測を統計的に支持する証拠が初めて得られた。バーミンガム大学物理天文学部のベンス・ベツィ助教を筆頭とする研究チームが、月刊王立天文学会誌に「Statistical evidence for massive black hole recoils in active galactic nuclei」と題する論文を発表した。この成果は、1000年以上前の理論的予言を実際の観測データで初めて裏付けるものとなる。
反動の仕組みと観測可能な兆候
二つの銀河が合併すると、それぞれの中心にある超大質量ブラックホールは最終的に合併する。この合併の最終段階では強力な重力波が放出されるが、もしこの重力波が全方向に均等に放出されなければ、合併後に生じたブラックホールは銀河中心から離れる方向に強力なキックを受ける。ただしブラックホールは銀河から完全に飛び出すのではなく、銀河中心を中心に振り子のような周期的な運動を行う。この運動の速度は一定ではなく、銀河中心に最も近い位置で最速となり、振動の端では減速する特徴がある。
重力波の不均衡が与える反動速度は時速36万キロメートルから360万キロメートルに達するとみられている。反動を受けたブラックホールは合併後1000万年から1億年の間、降着円盤の内部領域を保持したまま活動を続け、クエーサー（QSO）として観測可能になるとされる。
スローン・デジタル・スカイ・サーベイを用いた統計的検証
ベツィ らの研究チームは、スローン・デジタル・スカイ・サーベイ（SDSS）の第16次データリリースに含まれるクエーサーカタログから、約10万個のクエーサーを分析した。反動を受けたブラックホールであれば、塵による光の遮蔽と広輝線領域の視線速度オフセット（ホスト銀河に対する速度ずれ）に正の相関が見られるはずだと考え、この相関を統計的に検索した。
反動するブラックホールに付随する低温ガス（広輝線領域）はブラックホール自体とともに移動するため、ドップラーシフトによって異なる速度を示す。これに対し、より遠方のガス（狭輝線領域）はブラックホールの運動に追従せず、ホスト銀河と同じ赤方偏移を示す。分光計でこの二つの光信号を比較することで、ブラックホール自身の速度を決定できる。研究チームはこの手法を10万個のクエーサーに適用し、反動現象の痕跡を検出した。
従来、反動ブラックホールの候補天体は幾つか報告されてきたが、各事例について常に別の説明が可能であったため、確定的な証拠に乏しかった。この研究は個別の候補ではなく、母集団レベルでの統計的シグネチャーを探ることで、その制約を克服している。
出典: Universe Today
