ブラックホール候補天体のデータによる星図作り

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平成２４年度小野寺研究室卒業研究

ブラックホール候補天体のデータによる星図作り

明星大学理工学部物理学科天文学研究室

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1 章要旨・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3 2 章本研究の目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・4 3 章理論・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・5 4 章ブラックホールを観測するには・・・・・・・・・・・・・・・・・6 5 章 X 線連星系・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・8 6 章見えない宇宙をＸ線で探る ⅰ.分類作業・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・9・ 7 章 X 線を放出する活動銀河・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・13 8 章研究結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・14 謝辞・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・18 参考文献・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・19

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1 章

要旨

私たちの宇宙空間にはX 線を発生する高エネルギー天体が数多く存在。また、そのような激しい活動で溢れているのです。放出されたX 線を観測することにより、天体の正体（ブラックホールや中性子星など）や、見えない宇宙の現象を知ることができる。今回の研究は主にブラックホールの候補天体がどこにどれほど存在しているのかを全天星図を用い示した。

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2 章

本研究の目的

謎に包まれたブラックホールの不思議な存在は私にとって創造を掻き立て非常に興味深いものである。見えない宇宙をX 線で探ることがブラックホールと大きく関係していることを活かしＸ線源の観測データを用いてブラックホールの候補となる天体を振り分け、条件に合った天体を星図へプロットする作業を行った。

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3 章

理論

ブラックホールとは大きくて非常に強い重力をもつ、光さえも放出しない高

密度天体である。すべての光を飲みこむため目には見えない存在であり、ま

た観測するのは容易ではない。宇宙ジェットの存在は天体の中心から重力を

及ぼし双方向に細かく絞られたプラズマのアウトフローが吹き出している。

さらにブラックホール、中性子星、白色矮星などの高密度天体の周りに形成

される円盤で降着円盤が渦巻く。

アウトフローとは物質を吸い込み輝高速で噴き出す噴流。図２を参照。

図１ブラックホールの想像図図２

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4 章

ブラックホールを観測するには

図１は「はくちょう座X－１の想像図」である。左にある青色超巨星から右のブラックホールにガスが流れ込んでいる。この2 つの天体はお互いの周りを回りあう。ブラックホールを見つけるのに最適な手段の一つとしてＸ線を観測することが挙げられる。しかし、降着円盤からＸ線が放射され、尚且つ連星系を成している中性子星にもブラックホールと同様のことがいえる。そのため、以上のことを踏まえブラックホールの分類を行う必要がある。図４は連星系ブラックホールの想像図。通常の星（手前）のガスがブラックホールに落ち込み質量降着を起こすと、回転する降着円盤はガスを取り巻き重力エネルギーを解放し、ブラックホールに近い中心部ではＸ線が放射される。図４

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7 図３：降着円盤イメージモデル

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5 章

X 線連星系

私たちの銀河系にはⅩ線を多量に放出する天体であるⅩ線星が存在する。２つの星が互いの重力によって引きつけあい共通な重心のまわりを軌道運動する「連星」が宇宙空間に存在している。その多くは「中性子星と恒星」の近接連星系を成しブラックホール生成の過程を示す。図２のようにX 線でひとつだけ強く輝いているものが Cyg X-1 。対して可視光線ではたくさんの星々があるが、真ん中にはひときわ輝く星が存在。これがペアの恒星である。確かにこのブラックホールにはペアの恒星が存在する。ペアの星は太陽のように輝く恒星であるから目で見える光つまり可視光線を出しているはずである。つまり Cyg X-1 が発見された場所を可視光線で見ることでペアの恒星が発見できる可能性がある。図６

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6 章見えない宇宙をＸ線で探る

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図７ガススリットカメラ（GSC）の観測によって作成された全天の X 線天体画像

MAXI（Monitor of All-sky X-ray Image）は、X 線を発生する高エネルギー天体を、全天観測する装置である。ブラックホールや中性子星、超新星、変光星、活動銀河などがありますが、これらの天体は通常激しく不規則に変動しているがそこで開発されたのが、「きぼう」日本実験棟船外実験プラットフォームに設置されたMAXI。全天を見渡せる半円弧状の細長い視野を持ち、全天で1000 個を超える X 線天体を、監視し続けることができ、X 線天体も観測可能なのである。本研究で扱うＭＡＸＩの観測ミッションデータは143 個、そのうち４３個のブラックホール候補を検出。 X 線源の天体には主に次のような天体が挙げられる。

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7 章

X 線を放出する活動銀河

X線源の多くは，中性子星やブラックホールなどのコンパクト天体や，あるいは遠方のもので、通常の銀河の要素とは別の部分からエネルギー放出がなされている特殊な銀河を含んだ活動銀河の中心核。活動銀河中心核＝巨大ブラックホール銀河の中心の明るい点源としてセイファート銀河、電波銀河のように観測されることもあれば、銀河全体よりも明るく輝き、中心核しか見えないクエーサーのようなものもある。活動銀河の種類には｢セイファート銀河｣、｢クエーサー｣、｢ブレーザー｣などがある活動銀河核の X線放射のエネルギー源：高密度天体であるブラックホールに引き寄せられて質量降着の際重力エネルギーが開放したときのエネルギー源。

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8 章

研究結果

星図にプロットした通りである。本研究ではＭＡＸＩの観測ミッションデータは143 個そのうち４３個のブラックホール候補を検出した。銀河団からのX 線よりも活動銀河からの X 線のほうが多く見つかる。全天星図を用いてしるしをつける。ブラックホールの可能性とされる天体には赤の×しるしをつけ、そうではないものを青い ×しるしをつける。一目で見やすくなるよう南天と北天の星空表にもしめした。プロット作業について注意しなければならないのは、範囲である。今回使用したMAXI catalog では｜ｂ｜≧１０° |b｜＝銀緯と定められているため、銀河面（天の川）付近を含まない。図４かみのけ座銀河団の可視光線、X 線から見たもの。

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謝辞

この卒業論文を取り組むに当たり、終始熱心なご指導を頂いた小野寺幸子先生、祖父江義明先生、日比野由美先生、並びに同研究室の皆様には大変お世話になりました。この場をお借りして深く感謝申し上げます。1 年間ありがとうございました。

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参考文献

• Astronomical Society of Japan.

• http://www.astronomy.orino.net/site/kataru/index.html • http://www.jaxa.jp/

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平成２４年度 小野寺研究室 卒業研究