天の川銀河の中心領域に過去の大爆発の証拠 -もうひとつの超巨大星団か?

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2018/03/29  国立天文台野辺山宇宙電波観測所 慶應義塾大学
[概要]

慶應義塾大学大学院理工学研究科の辻本志保(修士課程2年)および理工学部物理学科の岡朋治教授を中心とする研究チームは、 太陽系から約3万光年の距離にある天の川銀河の中心部において、一つの異常に広い速度幅を有する特異分子雲を発見しました。 特異分子雲の大きさは約50光年で、内部に少なくとも5つの膨張する球殻状の構造を含んでいます。 これは約10万年前にここで起きた大爆発の証拠と考えられます。爆発のエネルギーは超新星爆発約10個分に相当し、 ここには数十万太陽質量の超巨大星団が潜んでいると推測されます。このような銀河中心部の巨大星団の中では、 恒星やブラックホールが合体を繰り返すことによって、「中質量」のブラックホールが形成されると考えられています。 今回見つかった超巨大星団は、そのような中質量ブラックホールの「ゆりかご」の候補と考えられ、 これは2012年に同チームによって発見された星団に次いで、天の川銀河で2例目の発見となります。
本研究成果は、3月28日発行の米国の科学専門誌『The Astrophysical Journal』に掲載されました。

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図2) 内部の超巨大星団によって駆動されるL=–1.2°分子雲の想像図。(クレジット:慶應義塾大学)

[本研究のポイント]
・天の川銀河の中心部において、約10万年前に起きた大爆発の証拠を伴う特異分子雲を発見した
・爆発のエネルギーは超新星約10個分に相当し、ここに最大級の巨大星団の存在が示唆される
・これは天の川銀河では2例目の、中質量ブラックホールの「ゆりかご」の可能性がある

[研究背景]
天の川銀河を含む多くの銀河の中心には、数百万太陽質量(※1)を超える質量をもつ巨大ブラックホールがあると考えられています。 しかしながら、これらの中心核超巨大ブラックホールの起源は未だ解明されていません。1つの説として、高密度星団内における恒星同士の暴走的合体によって形成された 「中質量ブラックホール」(※2)がさらに合体を繰り返し、銀河の中心に超巨大ブラックホールを形成するというものがあります。このシナリオを検証するためには、 この中質量ブラックホールおよび高密度星団の存在を、銀河中心の近傍において実際に確認する必要があります。 一方で、慶應義塾大学の研究チームは、国立天文台野辺山45m電波望遠鏡および国立天文台ASTE 10m望遠鏡を用いた観測結果から、 天の川銀河の中心領域に4つの異常な物理状態と広い速度幅を持つ特異分子雲(L=+1.3°分子雲、L=0.0°分子雲、L=–0.4°分子雲、L=–1.2°分子雲)を発見し、 それを2012年発表の論文で報告しました(図1a)。チームはそれらについて詳細な研究を進め、以下のような成果を挙げています。
・莫大な運動エネルギーと多数の膨張球殻構造で特徴づけられるL=+1.3°分子雲は、数十万太陽質量以上の巨大星団中で起きた
多数の超新星爆発に起因する構造と結論。 中質量ブラックホールの「ゆりかご」となり得る巨大星団を間接的に検出した
可能性を指摘(2012年報道発表)[1]
・L=0.0°分子雲は、銀河系中心核「いて座A*(スター)」を取り囲む回転ガス円盤であり、その分子組成から過去の中心核活動の
痕跡を確認(2014年報道発表)[2]
・L=–0.4°分子雲の運動状態が、10万太陽質量の点状重力源による重力散乱で説明出来ることを発見。内部に中質量ブラックホールの
存在を示唆(2016年報道発表)[3]。 その後、分子雲の中心付近に中質量ブラックホール候補天体 CO–0.40–0.22*
を発見(2017年報道発表)[4]

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