超巨大ブラックホール形成の謎に挑む

超巨大ブラックホール

宇宙には、大きく分けて2種類のブラックホールがあることがわかっています。恒星の一生の最後に作られる、太陽の数十倍程度の質量を持つ「恒星質量ブラックホール」と、太陽の数百万倍から数百億倍もの質量を持つ「超巨大ブラックホール」です。超巨大ブラックホールは、ほぼすべての銀河の中心に存在します。私たちが住む天の川銀河にも400万太陽質量の超巨大ブラックホールがあることが、最新の観測技術を使って確かめられています。

宇宙初期の短期間で超巨大に成長

超巨大ブラックホールは、宇宙誕生後約8億年という初期の段階にすでに数多く存在していたことも明らかになっています。超巨大ブラックホールは、宇宙初期にできたブラックホールが種となり、ガスを引き寄せ飲み込むことで巨大化したと考えられています。しかし、理論的に一定時間にブラックホールが飲み込めるガスの量（質量降着率）には上限があるとされており、恒星質量ブラックホールを種と考えると、8億年ではそこまで大きくなれません。そこで、「種となるブラックホールがとても大きかった」「質量降着率がもっと大きい」といった仮説が立てられて、検証が進められています。

ガス噴出流が成長の足を引っ張る？

後者の仮説を検証するためには、質量降着率に関する詳細な知見が必要です。その一つに、「降着円盤」に関するものがあります。降着円盤は、ブラックホールの重力によって引き寄せられたガスが、ブラックホールを円盤状に囲んで回転しているものです。これを通じてガスがブラックホールに吸い込まれる一方、光とガスが遠方まで噴き出ていることが観測されています。噴出には、円盤の面と垂直方向に細く絞られたジェットと、放射状に広がるアウトフローの2種があります。スーパーコンピュータによるシミュレーションで、アウトフローのために円盤のガスがはぎ取られて吹き飛ばされることが確認されました。このためにブラックホールが飲み込めるガスの量が減り、成長を遅らせている可能性が示唆されています。

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弘前大学理工学部数物科学科助教野村真理子先生

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天文学、宇宙物理学

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宇宙物理学は、即座に社会の役に立つ学問分野ではなく、大学に入ってすぐ本格的に学べるわけでもありません。しかし、学部で学んだ数学や物理学、そのほかの科目もすべて宇宙の研究につながり、それはとてもワクワクする経験です。自分の興味や関心を突き詰めたいなら、とても向いている分野だと思います。また、現代の宇宙物理学研究は共同研究が主流になっており、コミュニケーションが重要です。今から、友人や先輩と教え合いながら学ぶ経験や楽しさを大切にすると後々に生きてきます。楽しんで学んでください。

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