【本学研究者情報】

〇学際科学フロンティア研究所　新領域創成研究部　助教　木村成生
研究者ウェブサイト

〇学際科学フロンティア研究所　先端学際基幹研究部　准教授　當真賢二
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【発表のポイント】

• 銀河の中心にある超巨大ブラックホール^注１からは電波で輝くプラズマ噴出流（電波ジェット^注２）が見られるが、電波放射に必要なプラズマの供給機構はこれまで解明されていない。
• 超巨大ブラックホールの表面付近では、磁気エネルギーの解放により短い時間だけ高エネルギーの光子が多量に放射されるフレア現象^注３が発生することを予言し、次世代のX線観測衛星^注４はそのフレア現象を観測できることを示した。
• ブラックホールが駆動するフレアにより生じた高エネルギーの光子により、観測と整合する量のプラズマが電波ジェットへと供給されることを初めて示した。この理論モデルは近傍銀河や天の川銀河中心の電波観測と整合的である。

【概要】

宇宙に存在するブラックホールからは、電波ジェットと呼ばれるほぼ光速で運動するプラズマ噴出流からの電波信号が観測されています。しかし、ブラックホール近傍では物質はブラックホールへと落ち込んでしまうため、電波放射に必要なプラズマを電波ジェットへと供給する機構は大きな謎となっています。

東北大学学際科学フロンティア研究所（大学院理学研究科兼務）の木村成生助教と當真賢二准教授らの研究チームは、ブラックホール近傍で磁気エネルギーが効率的に高エネルギーの光子へと変換されるフレア現象が発生すると考えて理論モデルを作り、フレアの際に放射される高エネルギーの光子同士が相互作用して効率的に電波ジェットへとプラズマが供給され、電波ジェットの観測から要求されるプラズマの供給量を説明することに初めて成功しました。

過去に提案されてきた理論モデルと比べ、今回のメカニズムでは10万倍以上もの量のプラズマを電波ジェットへと供給できます。この理論モデルでは、私たちの住む天の川銀河の中心の超巨大ブラックホールSgr A*からの電波ジェットは暗くて現在の装置では観測できず、初めてブラックホールの画像が撮られた巨大楕円銀河M87からは強力な電波ジェットが観測されることを自然に説明できます。Sgr A*やM87のブラックホールが駆動するフレアからの高エネルギー光子は次世代のX線観測衛星によって検出可能であり、将来のX線天文学によって電波ジェットの謎の解明が期待されます。

この研究成果は米国の天体物理学専門誌『The Astrophysical Journal Letters』誌に2022年9月29日に掲載されました。

【用語解説】

（注1）超巨大ブラックホール
銀河の中心に存在する太陽の100万倍から100億倍程度の質量を持ったブラックホール。銀河中心部の星の運動の観測や、M87銀河の超巨大ブラックホールの影の電波画像によってその存在が確かめられている。このブラックホールへと物質が落ち込むと膨大な重力エネルギーを解放し、様々な電磁波を放射する天体（活動銀河核）として観測される。

（注2）電波ジェット
一部の超巨大ブラックホールからは、細く絞られたプラズマが噴出している。この噴出流は電波で観測されており、ほぼ光速で運動しているため、電波ジェット、または相対論的ジェットと呼ばれる。

（注3）フレア現象
天体の明るさが突然明るくなる現象。一つの例として、太陽表面で発生する爆発現象である太陽フレアがある。他にも、銀河系内の恒星が起こす恒星フレアや、磁場の強い中性子星が起こすマグネターフレア、超巨大ブラックホールが駆動する活動銀河核フレアなどが観測されている。

（注4）X線観測衛星
天体からの高エネルギーの光子であるX線を観測する人工衛星。本研究と関連する次世代のX線観測衛星として、FORCE計画とHiZ-GUNDAM計画がある。FORCE計画は高いエネルギーのX線に特化した観測装置で、これまでのX線観測装置よりも暗い天体を発見することが可能となる。HiZ-GUNDAM計画はエネルギーの低いX線帯域で最も広い視野を持つ装置であり、珍しい突発現象の発見を可能にする。Sgr A*からのフレアはFORCE計画、M87からのフレアはHiZ-GUNDAM計画による検出が期待できる。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

<研究に関すること>
東北大学 学際科学フロンティア研究所　
東北大学大学院理学研究科天文学専攻
助教　木村　成生　（きむら　しげお）　
電話: 022-795-6607
E-mail: shigeo*astr.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

<報道に関すること>
東北大学 学際科学フロンティア研究所　
特任准教授 藤原　英明　（ふじわら　ひであき）
電話： 022-795-5259
E-mail: hideaki*fris.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

東北大学大学院理学研究科
広報?アウトリーチ支援室
電話：　022-795-6708
E-mail: sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）