ブラックホールの暴風は想定の100倍強力！JAXAのX線衛星「XRISM」が捉えた超巨大ガスの流出

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Image: NASA

ブラックホールの暴風は想定の100倍強力！JAXAのX線衛星「XRISM」が捉えた超巨大ガスの流出

宇宙に存在する超大質量ブラックホールが、周囲の銀河や宇宙空間全体に及ぼす影響力について、従来の理論的予測を大幅に塗り替える観測データがもたらされました。
東北大学学際科学フロンティア研究所（FRIS）の研究チームは、宇宙航空研究開発機構（JAXA）とNASAが共同運用するX線分光撮像衛星「XRISM（クリズム）」の観測データを解析し、超大質量ブラックホールから吹き出す超高速の風が、これまでに考えられていたよりも約100倍強力であることを明らかにしました。
この研究成果は、国際天文学誌『Nature Astronomy』に掲載され、科学メディア各社で報じられています。

研究の対象となったのは、地球から約34億光年離れたりゅう座の銀河団中心に位置するクエーサー「H1821+643」です。
クエーサーは、超大質量ブラックホールが周囲の膨大なガスを猛烈な勢いで飲み込む際に、超高温の降着円盤を形成して強烈な光を放つ活動銀河核です。
ブラックホールは物質を引き寄せるだけでなく、放射圧や磁場によって一部のガスを超高速の風として外側へ激しく吹き飛ばすことが知られています。

従来の数値モデルでは、こうしたブラックホール風の影響範囲は銀河の内部（数万光年のスケール）に限定されると考えられていました。
しかし、XRISMに搭載された超高感度X線マイクロカロリメータ「Resolve（リゾルブ）」による高精度な分光測定により、高階電離した鉄イオンのスペクトル線からガスの運動速度と乱れが精密に測定され、ブラックホールから放出される運動エネルギーが従来の推定値を桁違いに上回ることが実証されました。

30万光年の彼方まで拡散する乱流と銀河団の星形成を止めるフィードバック機構

XRISMの観測データによって明らかになった最も重要な事実は、ブラックホール風が引き起こす激しいガスの乱流が、母銀河の領域を遥かに飛び越えて「約30万光年」もの遠方まで拡散している点です。
30万光年という距離は、天の川銀河の直径の約3倍に匹敵し、銀河と銀河の間に広がる広大な銀河団ガス（ICM）の領域にまで達しています。

この超巨大なガスの流出に含まれるエネルギー量は、数十億個もの超新星爆発が同時に発生したエネルギーに匹敵すると計算されています。
ブラックホールから放出された超高速風は、周囲の冷たい星間ガスを強力に加熱し、かき乱すことで、ガスが重力によって収縮して新たな恒星を形成するプロセスを広範囲にわたって阻害します。
天文学において「活動銀河核フィードバック（AGNフィードバック）」と呼ばれるこの現象は、銀河がなぜ一定以上の大きさに成長しないのか、またなぜ宇宙の大規模構造において古い楕円銀河で星形成が停止しているのかという長年の謎を解く決定的な鍵とされてきました。

これまで直接的な速度分散の測定が困難であった銀河団スケールのガス運動を、XRISMが前例のないエネルギー分解能で浮き彫りにしたことにより、銀河と中心ブラックホールが互いに影響を与え合いながら共進化してきた宇宙史の物理モデルが大幅に精緻化されることになります。