天の川銀河のブラックホールで謎の増光現象。75倍も明るくなった原因とは

今年の5月、天の川銀河の中心に存在が確実視されている超大質量ブラックホール「いて座A*(エースター)」が過去最大級の増光を示したことを、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の天文学者Tuan Do氏らの研究チームが明らかにしました。

Astrophysical Journal Lettersに受理された研究論文は、8月7日付でプレプリントがarXivに登録されています。

超大質量ブラックホール「いて座A*」周辺の想像図(Credit: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello)

■過去の最高記録の2倍、2時間で75分の1に減光

観測史上例のない増光と変動が観測されたのは、5月13日のことでした。ハワイのケック望遠鏡が天の川銀河中心の観測を始めたところ、いて座A*が非常に明るく輝いている様子がキャッチされたのです。その明るさは観測開始時点ですでに約6.19mJy(※)に達していました。これは、過去に「いて座A*」で観測された最大光度のおよそ2倍に達します。

(※:ミリジャンスキー、天文学で用いられる明るさの単位)

さらに驚くべきことに、いて座A*の明るさは観測を始めると同時に暗くなり始め、2時間と経たないうちに75分の1(約0.08mJy)まで減光してしまいました。明るさが変化する様子から増光のピークは観測を始める前にもう過ぎていたと考えられ、実際の変化率は75倍を超えていただろうとみられています。

こちらは、5月13日に観測された明るさの変化を示すタイムラプス動画Do氏が自身のTwitterアカウントにて公開したものです。動画の中央付近にある最も明るい光点が、ほとんど見えなくなるまで暗くなっていく様子がわかります。

なお、論文では、3週間ほど前の4月20日に実施された観測における明るさの変化が1.74mJyから0.07mJyの間(およそ25倍の変化)だったと報告されています。5月13日のいて座A*が、いかに普段よりも明るく、そして急速に暗くなったかが数値からもよくわかります。

■恒星またはガス雲の接近が原因か?

前例のない増光の原因はわかっていませんが、Do氏は可能性のひとつに恒星「S0-2」の接近を挙げています。

S0-2(S2とも)はいて座A*を16年ほどで周回している恒星で、2018年にはおよそ120天文単位まで接近しました(1天文単位は地球から太陽までの距離に由来)。この最接近の際にS0-2がいて座A*を取り巻く降着円盤やガスの流れなどに干渉し、その影響が2019年5月になって現れたというのです。

また、別の可能性として、やはりいて座A*を周回するガス雲「G2」の名も挙げられています。G2は2014年にいて座A*に最接近していますが、その影響が5年経った今年になって現れたとも考えられます。

いて座A*は、楕円銀河「M87」の超大質量ブラックホールとともに「イベント・ホライズン・テレスコープ(EHT)」の観測対象となっていますが、ブラックホールシャドウの撮影には至らなかったり、明確な降着円盤も確認されていなかったりと、地球に最も近い超大質量ブラックホールでありながらも謎の多い天体です。

研究チームは、今回観測された増光の原因を探るために、様々な波長を使っていて座A*を追加観測する必要があると訴えています。

 

Unprecedented variability of Sgr A* in NIR
The electromagnetic counterpart to the Galactic center supermassive black
hole, Sgr A*, has been observed in the near-infrared for over 20 years and is
known to be highly variable. We report new Keck Telescope observations showing
that Sgr A* reached much brighter flux levels in 2019 than ever measured at
near-infrared wavelengths. In the K$^prime$ band, Sgr A* reached flux levels
of $sim6$ mJy, twice the level of the previously observed peak flux from
$>13,000$ measurements over 130 nights with the VLT and Keck Telescopes. We
also observe a factor of 75 change in flux over a 2-hour time span with no
obvious color changes between 1.6 $μ$m and 2.1 $μ$m. The distribution of
flux variations observed this year is also significantly different than the
historical distribution. Using the most comprehensive statistical model
published, the probability of a single night exhibiting peak flux levels
observed this year, given historical Keck observations, is less than $0.3%$.
The probability to observe the flux levels similar to all 4 nights of data in
2019 is less than $0.05%$. This increase in brightness and variability may
indicate a period of heightened activity from Sgr A* or a change in its
accretion state. It may also indicate that the current model is not sufficient
to model Sgr A* at high flux levels and should be updated. Potential physical
origins of Sgr A*’s unprecedented brightness may be from changes in the
accretion-flow as a result of the star S0-2’s closest passage to the black hole
in 2018 or from a delayed reaction to the approach of the dusty object G2 in
2014. Additional multi-wavelength observations will be necessary to both
monitor Sgr A* for potential state changes and to constrain the physical
processes responsible for its current variability.

文/松村武宏

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