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「すざく」、ブラックホールの描き方の確立へ
【2006年10月6日 JAXA 宇宙航空研究開発機構 プレスリリース2006】
日本のX線天文衛星「すざく」によって、銀河の中心に潜む超巨大ブラックホールの性質がこれまでにないほど詳しく明らかにされた。「鉄輝線」と呼ばれるX線を通じて、普通の意味では決して見えないブラックホールでも、事細かく姿を「描写」できるようになるかもしれない。
すざくによる観測で得られた「幅の広い鉄輝線」。クリックで拡大（提供：NASA、JAXA）
円盤の内側と外側の輝線の幅の違い。クリックで拡大（提供：NASA、JAXA）
巨大ブラックホールからのX線放射の例。1キロ電子ボルト以下から数百キロ電子ボルト以上まで特徴的なX線が放射される。「すざく」はこれらのすべてをとらえるための性能を備えている。クリックで拡大（提供：NASA、JAXA）
ほとんどの銀河の中心には、太陽系ほどの大きさに太陽の100万倍から数10億倍の質量がつめ込まれた超巨大ブラックホールが存在している。超巨大ブラックホールの姿は決して直接観測することができないが、強力な重力による周囲の時空のゆがみを通してその性質をうかがい知ることができる。それに挑戦するのが、「すざく」の最大の目的の1つだ。
ブラックホールに物質が吸い込まれる際には、すぐには落下せず周りを回転しながら徐々に落ち込んでいく。その過程で、X線を中心とした高エネルギーの電磁波が放射されてブラックホールに関する貴重な情報となる。すざくは広い範囲にわたるX線を観測できるのが強みだ。
特に重要なのが「鉄輝線」である。鉄は宇宙で6番目に豊富な元素だが、鉄のプラズマからは特定の波長でX線が出されている。鉄輝線に近い波長を放出する物質は少ないので、鉄輝線がゆがめられた時空の中でどのように性質を変えているかを観測するのである。
英国ケンブリッジ大学のアンドリュー・ファビアン（Andrew Fabian）教授率いる国際共同チームは、ケンタウルス座の方向1.1億光年の距離にある銀河MCG-6-30-15の中心核を「すざく」で観測した。この銀河中心核は、1995年に日本のX線天文衛星「あすか」が観測していて、「幅の広い」鉄輝線が発見されたことで注目されていた。
降着円盤は回転しているので、片側はこちらに近づいているように見えて片側は遠ざかっているように見える。近づいている側から放出されたX線はドップラー効果によって波長が短くなり、逆に遠ざかっている側からのX線は長くなる。この効果が、本来波長ピークが鋭い鉄輝線の幅を広げるのだ。そして幅が広ければ広いほど、降着円盤、ひいては中心の超巨大ブラックホールが速く回転していることを意味する。また、降着円盤を出発したX線は超巨大ブラックホールに「引っ張られる」ため、吸い込まれずにこちらに届いたとしても波長が長くなって観測される。
「あすか」がとらえた「幅の広い」鉄輝線については、単に精度が悪いためにノイズが現れたのではないかと指摘されていた。しかし、「すざく」は波長の違いに敏感なので、より連続的なX線スペクトルを得ることができる。そして、「あすか」の観測結果がノイズではなく、MCG-6-30-15の中心には高速で回転する超巨大ブラックホールが確かに存在することを証明したのだ。
さらに、NASA ゴダード宇宙センターおよびジョンズ・ホプキンス大学のジェイムズ・リーブズ（James Reeves）博士をリーダーとする国際共同チームは、同じく「すざく」でポンプ座の方向1.2億光年の距離にある銀河MCG-5-23-16の中心核を観測した。そして、やはり鉄輝線に着目することで、そこに存在する超巨大ブラックホールを囲む降着円盤が、われわれから見て45度傾いていることを明らかにした。
「すざく」によって、ブラックホールの性質を知るにあたって鉄輝線とその変化を測定することの有用性が示された。この成果を発展させることで、「すざく」や次世代のX線天文衛星がブラックホールの「画像」を描けるまでになると期待されている。
なお、以上の研究は10月6日に米国天文学会の高エネルギー天文学部会において発表された。また、日本天文学会欧文研究報告（PASJ）の「すざく特集号」（2006年11月30日発行予定）に掲載される予定となっている。また、「すざく」の他の初期観測データの分析は、衛星開発に関わったメンバーからなる国際共同チームで現在その解析が進められている。
X線天文衛星「すざく」
「すざく」は、JAXA・宇宙科学研究本部の19番目の科学衛星。日本のX線天文衛星としては5番目の衛星。X線天文学は日本のお家芸といわれる分野で、「すざく」に搭載されている5台のX線望遠鏡（XRT）の感度は世界最高レベル。5台のXRTのうち4台の焦点面には、X線CCDカメラが搭載されており、広い視野で撮像しながら高精度の分光観測が可能。また、X線領域では過去最高品質の動画を得ることができる。（「スペースガイド宇宙年鑑2006」より抜粋
