プレスリリース
報道解禁： 7 月 20 日（金）15 時 (7/24 関連論文のリンクを追記) 2012 年 7 月 12 日報道関係者各位
慶應義塾大学 国立天文台天の川銀河の中心部に巨大ブラックホールの「種」を発見
～7 月 20 日（金）に記者発表を開催～
慶應義塾大学物理学科の岡朋治准教授らの研究チームは、いて座方向、太陽系から約3 万光年の距 離にある天の川銀河の中心部において、温度50 K 以上、水素分子密度 1 万個/立方 cm の「温かく濃 密な」分子ガス塊を4 つ発見しました。これらのガス塊の大きさは 50 光年以下で、毎秒 100 km 以 上という極めて早い速度で運動しています。そして膨張運動が見られる事から、多数の超新星爆発に よって加速されたものと考えられます。これらの分子ガス塊のうち最も運動エネルギーの大きいもの は、超新星爆発200 発分にも相当する一方で、ガス塊の年齢は 6 万年程度という若いものでした。こ のことから、このガス塊には、天の川銀河の中で発見された最も巨大な星団と同程度の質量（太陽の 10 万倍以上）の巨大な星団が埋もれていることが推測されます。このような巨大星団では重い星が 中心へと落下し、それらが暴走的合体を起こす事によって中質量ブラックホール（太陽の数百倍の質 量をもつブラックホール）が生成すると考えられています。これらの中質量ブラックホールは、銀河 の中心核となる巨大ブラックホールを形成、そして成長させる「種」となるものです。本研究成果は、2012 年 6 月 23 日（米国時間）に、米国の学術雑誌『
The Astrophysical Journal
Supplement Series』のオンライン速報版で公開されました。 http://iopscience.iop.org/0067-0049/201/2/14/ また2012 年 7 月 20 日（金）学術総合センター（東京都千代田区一ツ橋）にて、本研究成果の発 表を行いますので、ぜひご取材ください。 関連論文 http://pasj.asj.or.jp/v59/n2/590206/590206.pdf (PDF/2.3MB) http://pasj.asj.or.jp/v60/n3/600303/600303.pdf (PDF/960KB) 本研究のポイント ・一酸化炭素が放つサブミリ波スペクトル線による天の川銀河中心部の広域掃天観測を行った。 ・同分子が放つミリ波スペクトル線のデータとの比較により「温かく濃密な」分子ガスの詳細な分布 を描き出すことに世界で初めて成功。 ・複数の「温かく濃密な」分子ガス塊を検出、これらの莫大な運動エネルギーの値から、中質量ブラ ックホールの「ゆりかご」である巨大星団を間接検出したと結論。 本研究成果の記者発表概要 日 時：2012 年 7 月 20 日（金） 13：30-15：00 場 所：学術総合センター 1 階 特別会議室 101 アクセス：http://www.nii.ac.jp/about/access ご注意：入館時に、顔写真入りの身分証明書 もしくは このご案内文をご提示願います。 補足：記者発表終了後、下記ウェブサイトにて発表内容を公開します。 国立天文台ホームページ http://www.nao.ac.jp（日本語）１．内容と成果 研究チームは、天の川銀河の中心を含む数度の領域について、一酸化炭素分子が放つ波長0.87mm の電波を観測しました。観測に使用した望遠鏡は、南米チリのアタカマ砂漠（標高 4800m）に設置 された直径10m のアステ望遠鏡です。観測は 2005 年から 2010 年までの長期に渡り、合計 250 時間 以上が費やされました。研究チームは過去に、国立天文台野辺山宇宙電波観測所（長野県）の野辺山 45m 望遠鏡を使用し、同領域の一酸化炭素分子ガスが放つ波長 2.6mm の電波データも取得していま す。同じ一酸化炭素分子が放つスペクトル線を観測したのは、波長の異なる2 種類の電波を比べて分 子ガスの温度や密度を推定するためです。波長の短い電波の方がより温度・密度の高い領域から強く 放射されるという性質を利用しています。この方法によって、天の川銀河中心部における温度 50 K 以上、水素分子密度1 万個/立方 cm 以上の「温かく濃密な」分子ガスの詳細な分布を描き出すことに 世界で初めて成功しました。 その結果から、この領域の「温かく濃密な」分子ガスは4 つの塊（Sgr A、L=+1.3°、L=–0.4°、 L=–1.2°）に集中していることが分かりました。そのうちの 1 つ (Sgr A) は天の川銀河の中心核「い て座A*」を含むものでした。残る 3 つのガス塊のある位置にはこれまで知られている天体はありま せんでした。そして、これら4 つのガス塊は全て毎秒 100 km 以上という極めて速い速度で運動して いることも見出されました。「いて座A*」の位置には太陽の約 400 万倍の質量を持つ巨大ブラックホ ールがあると考えられています。したがって、ここのガス塊はブラックホールの周りを高速で回転す る半径25 光年の円盤状構造であると推測されます。一方で残る 3 つについては、回転ではなく膨張 運動の痕跡が見られました。このことは、L=+1.3°、L=–0.4°、L=–1.2°の 3 つの分子ガス塊がそ れらの中で起こった超新星爆発によって形成された構造であることを意味します。 L=+1.3°は、これらの「温かく濃密な」分子ガス塊のうち最もエネルギーの大きい天体で、その運 動エネルギーは超新星爆発200 発分に相当します。一方でその年齢は若く、6 万年程度と見積もられ ます。エネルギー源が超新星爆発であるとすると、この限られた空間内で300 年に一発の頻度で超新 星爆発が起き続けた計算になります。研究チームは再び野辺山 45m 望遠鏡を使用して、この天体を 構成する分子ガスの分布・運動と組成をより詳細に調べました。その結果、この L=+1.3°内部に複 数の膨張構造と衝撃波起源の分子、一酸化珪素を検出したのです。このことから、L=+1.3°のエネル ギー源が多重の超新星爆発であることが明らかになりました。同様の膨張運動を示す L=–0.4°、 L=–1.2°についても、多重の超新星爆発が起源である可能性が高いと考えられます。 図1. 一酸化炭素分子が放つ波長 0.87mm の電波スペクトル線強度で見た、天の 川銀河中心部の分子ガスの空間分布。黒い十字は天の川銀河の中心核「いて座A*」 の位置。右下の黄色い線分は500 光年に相当。
図2. 天の川銀河中心部にある「温かく濃密なガス」の空間分布（上図）と速度分 布（下図）。分子ガス全体の分布は薄い白色で示されている。「温かく濃密なガス」 は4 つの領域に局在し、それらは全て高速で運動していることが分かる。 超新星爆発は太陽の8-10 倍以上の質量をもつ星が一生を終えるときの大爆発です。超新星爆発が 300 年に一度という高い頻度で起きるためには、多数の若い星が集まっている必要があります。つまりそ の位置に大質量の「星団」があるということなのです。超新星爆発の頻度から見積もられたL=+1.3° に埋もれている星団の質量は太陽の10 万倍以上、これは天の川銀河の中で発見された最も巨大な星 団と同程度です。それでは何故このような巨大な星団がこれまで発見されていなかったのでしょう か？ その理由は、太陽系と銀河中心の間にある大量のガスと塵が、可視光線のみならず赤外線の透 過をも阻んでいるためです。太陽系は天の川銀河の中心から約3 万光年離れた、円盤の外れに位置し ています。さらには、天の川銀河のバルジ部および円盤部にある無数の星も視線方向に重なります。 そのため、どれだけ巨大であっても、天の川銀河の中心部にある星団を直接見ることは極めて難しい のです。 銀河の中心部にある巨大な星団には、銀河中心核の形成・成長に関わる重要な役割があります。理 論計算によれば、星団中の星の密度が高くなると重い星が中止へと落下し、それらが暴走的合体を起 こします。そして太陽の数百倍の質量を持つ「中質量ブラックホール」が生成されることが、シミュ
レーションから示されています。この中質量ブラックホールは、やがては星団とともに銀河中心へと 沈降して行きます。すると、星団や中質量ブラックホール同士がさらに合体を繰り返し、銀河中心に 巨大なブラックホールを形成すると考えられます。あるいは既にある巨大ブラックホールの成長に寄 与することもあり得ます。天の川銀河の中心核、「いて座A*」にある巨大ブラックホールもまた、こ のような過程を繰り返して成長してきたものと考えられているのです。つまり今回の発見は、中心核 巨大ブラックホールの「種」となる中質量ブラックホールの「ゆりかご」を発見したと言えるのです。 図3. 今回発見された「塵に埋もれた巨大星団」のイメージ図。中心では中質量ブ ラックホールが生成されると考えられる。 ２．今後の展望 それでは、星団中で作られた中質量ブラックホールは観測できないのでしょうか？ 実は、それら も既に発見された可能性があります。今回発見されたガス塊のうち L=–0.4°には、極めて速い速度 で動いている小さなガスの塊が2 つ含まれています。これらの小さなガスの塊が回転運動をしている とすると、その中心には「見えない巨大な質量」があることになります。これはまさに、星団の中心 部に隠れた中質量ブラックホールそのものである可能性があります。岡氏は、「中質量ブラックホー ルの存在を確認するために、私たちはさらなる観測を計画しています。今回の発見は、銀河中心核の 巨大ブラックホール形成・成長メカニズムの解明という銀河物理学の最優先課題に迫る重要なステッ プなのです。」と今後の研究の発展に期待を寄せています。
本研究に関するお問い合わせ 慶應義塾大学 理工学部 物理学科 准教授 岡 朋治（おか ともはる） TEL：045-566-1833 Email：[email protected] http://aysheaia.phys.keio.ac.jp/ 発信元 慶應義塾広報室（久保） TEL：03-5427-1541 FAX：03-5441-7640 Email：[email protected] カラー版の資料が必要な場合はお問い合わせください。
