銀河の“最深部”の動きをX線で追う! ブラックホール時空に振り回される物質たち ~ 一般相対性理論が予言するガス円盤の歳差運動の兆候を掴む ~

2026-07-09 大阪大学

大阪大学を中心とする研究グループは、日本のX線分光撮像衛星XRISMとNASAのX線天文衛星NuSTARを用いて、銀河NGC4395中心のブラックホール近傍にあるガス円盤の時間変化を詳細に観測し、一般相対性理論が予言する「レンズ・ティリング歳差(時空の引きずりによる歳差運動)」の兆候を捉えた。高分解能分光器Resolveにより、鉄原子が放つ特性X線を解析した結果、遠方のガスからの狭い輝線と、ブラックホール近傍の高速回転する円盤からの広がった輝線を高精度で分離することに成功した。約5日間の観測では、円盤内縁がブラックホールへ近づく様子に加え、円盤の傾きが約2.4日周期で変化していることを確認し、強重力下で時空が回転体に引きずられる効果による歳差運動と整合する結果を得た。本成果は、ブラックホール周辺の物質運動を通じて一般相対性理論を検証する新たな手法を示すものであり、ブラックホールの成長過程や降着円盤の物理の理解につながると期待される。研究成果は『The Astrophysical Journal Letters』に掲載された。

銀河の“最深部”の動きをX線で追う! ブラックホール時空に振り回される物質たち ~ 一般相対性理論が予言するガス円盤の歳差運動の兆候を掴む ~
Resolve と過去の X 線天文衛星 「すざく」の X 線スペクトル (それぞれ、黒と灰色のクロスで表されている。)。

<関連情報>

NGC 4395のXRISM時間分解Fe Kα分光観測:時間変動する内側円盤放射 XRISM Time-resolved Fe Kα Spectroscopy of NGC 4395: Time-variable Inner-disk Emission

Taiki Kawamuro, Satoshi Yamada, Hirofumi Noda, Yoshiyuki Inoue, Shoji Ogawa, and Misaki Mizumoto
The Astrophysical Letters  Published: 2026 July 8
DOI:10.3847/2041-8213/ae796e

Abstract

We report the first XRISM observation of the low-mass AGN in the nearby dwarf galaxy NGC 4395 (MBH ∼ 104−5 M), complemented by a simultaneous NuSTAR observation. We constrained the continuum by jointly fitting the XRISM/Resolve (2–12 keV) and NuSTAR (3–30 keV) spectra while excluding the Fe K band (5.5–7.5 keV). Relative to this baseline continuum, the time-averaged Resolve spectrum revealed an unresolved neutral Fe Kα core with a velocity width of ≲110 km s−1 and an adjacent redward wing. The red wing was well reproduced by an additional relativistically broadened Fe K component. Furthermore, time-resolved spectroscopy with ≈87 ks bins showed that the diskline profile varied significantly over the ∼400 ks observation. This evolution can be interpreted in terms of changes in the inner radius of the line-emitting region, together with a possible inclination modulation with a period of ≈210 ks. If interpreted as Lense–Thirring precession of a tilted inner flow, the observed period would favor the low end of the black hole mass estimates (MBH ≈ 9 × 103 M) and imply a moderate spin (a ≳ 0.6). These results highlight the capability of XRISM to track relativistic disk dynamics in AGNs.

1701物理及び化学
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