ブラックホールは、天文学者の基準から見ても奇妙なものです。その質量は非常に大きく、周囲の空間をきつく曲げてしまうため、光自体も含めて何も逃げることができません。
しかし、有名な黒色にもかかわらず、いくつかのブラック ホールははっきりと見えます。これらの銀河の真空に飲み込まれたガスと星は、穴に片道で入る前に輝く円盤の中に吸い込まれ、これらの円盤は銀河全体よりも明るく輝くことができます。
奇妙なことに、これらのブラックホールはきらめきます。光る円盤の明るさは日によって変動する可能性があり、その理由は誰にも完全にはわかりません。
私たちは、NASA の小惑星防衛活動に便乗して、空で最も急速に成長する 5,000 個以上のブラックホールを 5 年間観察し、このきらめきがなぜ起こるのかを理解しようとしました。 Nature Astronomy 2023 年 2 月 2 日に掲載された記事で、私たちはその答えを報告しました。それは、摩擦と強力な重力場と磁場によって引き起こされる一種の乱流です。
ブラックホールは巨大な星を食べる者である
私たちは、銀河の中心に存在し、数百万個または数十億個の太陽と同じくらい大きい種類の超大質量ブラックホールを研究しています。
私たちの銀河である天の川銀河の中心には、これらの巨大な銀河の 1 つがあり、その質量は約 400 万個の太陽です。ほとんどの場合、銀河の残りの部分 (太陽を含む) を構成する 2,000 億個ほどの星は、中心にあるブラック ホールの周りを楽しく周回しています。
しかし、すべての銀河の状況はそれほど平和ではありません。銀河のペアが重力によって互いに引っ張り合うと、多くの星が銀河のブラックホールに近づきすぎてしまう可能性があります。これは星々にとって悪い結末を迎えます。星々は引き裂かれ、食い尽くされてしまいます。
私たちは、太陽10億個分もの重さのブラックホールを持つ銀河でこれが起こったに違いないと確信しています。なぜなら、ブラックホールがこれほど大きくなることが他にどのようにして考えられるのか想像できないからです。過去に天の川でも起こった可能性があります。
ブラックホールは、赤色巨星として知られる高齢の星によって吹き出されたガス雲を吸い込むという、よりゆっくりとした穏やかな方法でも栄養を補給することができます。
ブラックホールの摂食時間
では、宇宙で最も急速に成長する 5,000 個のブラック ホールの摂食プロセスを詳しく調べました。
以前の研究では、最も貪欲な食欲を持つブラックホールが発見されました。 2022 年、私たちは毎秒物質を食い荒らすブラックホールを発見しました。 2018年、私たちは48時間ごとに食事をする別のブラックホールを発見しました。
しかし、彼らの実際の摂食行動については多くの疑問があります。私たちは、物質が穴に入る途中で螺旋を描き、輝く「降着円盤」を形成し、その明るさは銀河全体を上回る可能性があることを知っています。これらの目に見えて栄養を与えているブラック ホールはクエーサーと呼ばれます。
これらのブラックホールのほとんどは、はるか遠くにあり、私たちが円盤の詳細を見るにはあまりにも遠すぎます。近くのブラックホールの周りに降着円盤の画像がいくつかありますが、それらは星を食べているのではなく、単に宇宙ガスを吸い込んでいるだけです。
5年間にわたるブラックホールのちらつき
では、ハワイにある NASA の ATLAS 望遠鏡からのデータを使用しました。毎晩（天候がよければ）空全体をスキャンし、外の暗闇から地球に接近する小惑星を監視します。
これらの全天スキャンは、背景の奥深くにある飢えたブラックホールの輝きの夜間の記録をたまたま提供することにもなります。私たちのチームは、これらの各ブラック ホールの 5 年間の動画を作成し、降着円盤の泡立ち、沸騰する輝く大渦によって引き起こされる明るさの日々の変化を示しました。
これらのブラックホールの瞬きは、降着円盤について何かを教えてくれます。
1998 年、天体物理学者のスティーブン バルバスとジョン ホーリーは、磁場がどのようにして円盤内に乱流を引き起こす可能性があるかを説明する「」理論を提案しました。それが正しい考えであれば、ディスクは規則的なパターンでジュージュー音を立てるはずです。それらは円盤が周回するにつれてランダムなパターンできらめきます。大きな円盤はゆっくりと輝きながらゆっくりと公転しますが、小さな円盤のより緊密で速い軌道はより速く輝きます。
しかし、現実世界のディスクは、これ以上複雑なことをせずに、これほど単純であることが証明されるでしょうか? (空間自体が限界点まで曲がる、強力な重力場と磁場に埋め込まれた、超高密度で制御不能な環境における乱流を「単純」という言葉が適切かどうかは、おそらく別の問題です。)
統計的手法を使用して、5,000 枚のディスクから発せられる光が時間の経過とともにどの程度ちらつくかを測定しました。それぞれの点滅パターンが若干異なって見えました。
しかし、サイズ、明るさ、色で分類すると、興味深いパターンが見え始めました。私たちは各円盤の軌道速度を決定することができました。そして、時計を円盤の速度で動作するように設定すると、すべてのちらつきパターンが同じように見えるようになりました。
この普遍的な挙動は、確かに「磁気回転不安定性」の理論によって予測されています。それは慰めでした。それは、これらの気が遠くなるような大混乱が結局のところ「単純」であることを意味します。
そしてそれは新たな可能性をもたらします。降着円盤間に残っている微妙な違いは、異なる方向から降着円盤を観察しているために発生すると考えられます。
次のステップは、これらの微妙な違いをより詳しく調べて、それらがブラック ホールの方向を識別する手がかりを持っているかどうかを確認することです。最終的には、将来のブラック ホールの測定はさらに正確になる可能性があります。
オーストラリア国立大学の天文学と天体物理学の准教授です。彼はオーストラリア研究評議会 (ARC) から資金提供を受けており、オーストラリア天文学協会 (ASA) の会員でもあります。
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