宇宙には何百億、もしかしたら何兆もの銀河が存在していますが、その中でもとりわけ目立った銀河があります。
いくつかの銀河の中心には、「宇宙で最も明るい天体」として知られる「クエーサー」があり、太陽の1兆倍以上も明るく輝いているのです。
60年前に最初のクエーサーが観測されて以来、天文学者たちはなぜ特定の銀河だけが強力な活動を引き起こすクエーサーを持っているのか不思議に思ってきました。
今回、イギリスのハートフォードシャー大学（University of Hertfordshire）天文物理学研究センターに所属するジョニー・ピアース氏ら研究チームは、クエーサーを持つ銀河48個と、クエーサーを持たない銀河100個以上の画像を比較することで、クエーサー誕生の謎を解き明かしました。
彼らの分析結果によると、「2つの銀河が衝突することでクエーサーが起動する」というのです。
研究の詳細は、2023年2月13日付の科学誌『Monthly Notices of the Royal Astronomical Society』に掲載されました。
目次
- ブラックホールの周辺が光り輝く仕組み
- クエーサーの活動は「銀河の衝突」の相互作用で生じていた
ブラックホールの周辺が光り輝く仕組み
天文学者たちは、「銀河の中心で最も明るく輝くクエーサー」が、次の過程で生じると考えています。
ほとんどの銀河の中心には超大質量ブラックホールが存在しています。
ブラックホールは巨大な重力源ですが、周囲の物質（塵やガス）が飲み込まれる時、これらの物質はまっすぐに引き寄せられるわけではありません。
ちょうど排水溝に水が流れていく時のように、渦を作って中心部に飲み込まれていくのです。
このときブラックホールに流れ込む物質は凄まじい速度で移動しながら強い摩擦を生じさせ、その運動エネルギーと熱エネルギーによって荷電粒子が強力な光を放ちます。
ブラックホールの周囲に生じるこの輝く円盤を降着円盤と呼びます。
降着円盤は、吸い込む物質が多ければ多いほど、また重力が強ければ強いほど、より強力な光を放つと考えられます。
通常の超大質量ブラックホールは、観測で見えるほど明るい円盤は生じさせませんが、これが観測でも見えるほど明るく輝く場合、それをクエーサーと呼びます。
つまり、宇宙一明るい天体クエーサーの正体とは、銀河中心で大量の物質を激しく飲み込む超大質量ブラックホールなのです。
しかしここで疑問が生じます。クエーサーの活動を生じさせるほどの大量の物質は、いったいどこから流れ込んでいるのでしょうか？
銀河には大量の物質が存在していますが、ほとんどの場合、これらの物質は銀河中心から遠く離れており、ブラックホールに大量の物質を供給するには至らないのです。
どこから大量の物質を得ているのかが分かれば、「クエーサーを持つ銀河」と「クエーサーを持たない銀河」の違いの理解にも繋がるでしょう。
クエーサーの活動は「銀河の衝突」の相互作用で生じていた
これまでに天文学者たちは、「クエーサー活動を生じさせるほどの大量の物質が、他の銀河との衝突でもたらされた」可能性を考慮してきました。
しかし、それを裏付けるような研究成果は得られていませんでした。
そこで今回、研究チームは約35億光年以内にある48個の「クエーサーを持つ銀河」と100個以上の「クエーサーを持たない銀河」の画像を比較し、その違いを詳しく分析しました。
これほどの規模のクエーサーのサンプルを撮影したのは今回が初めてです。
その結果、クエーサーを持つ銀河は、他の銀河と衝突したり相互作用を引き起こしたりする可能性が約3倍高いと分かりました。
また3分の2のクエーサーで、他の銀河との衝突で重力が乱れた形跡を発見しました。
これらの証拠は、「クエーサーの強力な光を生じさせるのに必要な物質が、他の銀河との衝突でもたらされた説」を支持するものとなります。
2つの銀河が衝突すると互いの重力が影響を及ぼし合い、大量の物質が超大質量ブラックホールに引き寄せられ、結果としてクエーサーの光を放つのです。
ちなみに銀河が衝突するケースでは、2つの銀河が合体する場合と、そのまま通り抜ける場合があります。
そして今回観測されたクエーサーを持つ銀河の多くは、銀河核が合体する前の段階であることも分かりました。
これは引き寄せ合う2つの銀河が、合体するずっと前から重力の影響を受けてクエーサー活動を引き起こすことを示しています。
また研究チームによると、「銀河核が合体した後にクエーサー活動が生じることもある」とのこと。
今回の結果と推測は、すべてのクエーサーの仕組みを説明するものではありません。
それでも、私たちが住む天の川銀河の将来に光を当てるものとなりました。
天の川銀河はおよそ40～50億年後にアンドロメダ銀河と衝突すると予測されていますが、この時にもアンドロメダ銀河の中心に光輝くクエーサーが生じる可能性があります。
参考文献
Astronomers solve the 60-year mystery of quasars – the most powerful objects in the Universe https://www.eurekalert.org/news-releases/987141 We Finally Know How Quasars Become The Brightest Objects in The Universe https://www.sciencealert.com/we-finally-know-how-quasars-become-the-brightest-objects-in-the-universe元論文
Galaxy interactions are the dominant trigger for local type 2 quasars https://academic.oup.com/mnras/article/522/2/1736/7035603?login=false