超大質量ブラックホール近くの宇宙灯台

地球から約26,000光年離れた天の川銀河の中心には、射手座A*があります。これは400万個の太陽の質量を持つ超大質量ブラックホールです。現代天体物理学で最も研究されている天体の1つですが、その周辺地域は驚きをもたらし続けています。最新の発見はコロンビア大学とBreakthrough Listenプロジェクトの研究者から来ており、彼らは銀河の中心ブラックホール近くで並外れた速度で回転している候補パルサーを特定しました。

The Astrophysical Journalに掲載されたこの検出は8.19ミリ秒のパルサー候補について説明しており、確認されれば、この中性子星は1秒間に約122回の完全な回転を完了することになります。パルサーは超新星爆発で人生を終えた大質量星の超高密度の残骸であり、残存質量を直径約20キロメートルの球体に圧縮しながら、強い磁場を発生させ、灯台のビームのように宇宙を掃く集中したラジオ波のビームを発射します。

射手座A*にこれほど近いものを見つけることは電波天文学の数十年来の目標であり、この検出は銀河の中心および空間と時間を支配する基本物理学についての私たちの理解における転換点となる可能性があります。

Breakthrough Listen銀河中心サーベイ

この発見はBreakthrough Listen銀河中心サーベイから生まれました。これは天の川銀河の動的に複雑な中央領域のパルサーに対して実施された最も敏感なラジオ検索の1つです。Breakthrough Listenは地球外の文明の証拠を見つけることを目的とした科学研究プログラムで、その並外れた観測能力の一部を銀河中心のプローブに再利用し、急速に回転する中性子星を探しています。

銀河中心はラジオ観測にとって極めて困難な環境です。星間ガスと塵はラジオ波を散乱させます。これは散乱拡大として知られている現象で、パルサーを定義する正確なタイミング署名をぼかします。さらに、射手座A*近くの激しい重力環境は相対論的効果を導入し、検出をさらに複雑にします。これらの課題は、数百または数千のパルサーがこの地域に存在すべきという理論的予測にもかかわらず、近くで特定された候補がわずかであることを説明しています。

チームは高度な信号処理技術を使用してノイズを削減し、複数の観測セッションからデータを分析して検出への信頼を構築しました。8.19ミリ秒の周期は、このオブジェクトをミリ秒パルサーのカテゴリーに位置付けます。これは宇宙で最も安定した自然時計の1つです。

一般相対性理論にとってなぜこれが重要なのか

アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論は1世紀以上前に発表されましたが、重力と時空の幾何学についての私たちの最良の説明のままです。太陽の周りの光の曲がりからマージするブラックホールからの重力波の検出まで、それをテストするために考案されたすべての実験によって確認されています。しかし、特定の領域は依然として十分にテストされていません。特に超大質量ブラックホール近くの極端な重力条件です。

射手座A*を周回するパルサーは、観測可能な最も強い重力場に組み込まれた自然の精密時計として機能します。何か月も何年もの間にそのラジオパルスの正確な到着時刻を追跡することで、天文学者はブラックホール周辺の時空の曲率を前例のない精度で測定できます。一般相対性理論の予測からの任何の逸脱は新しい物理学を示し、数十年間物理学者から逃げてきた重力の量子論を指す可能性があります。

このようなシステムによって可能になる精密測定はまた、科学者が射手座A*の回転速度と正確な質量を新しい精度レベルに決定することを可能にし、特異点は常にイベントホライズンの後ろに隠される必要があることを述べた宇宙検閲推測をテストし、重力の代替理論によって予測された外来効果を探します。

磁気死星の可能性

この特定の検出を特に興味深くするのは、オブジェクトが単なるパルサーではなく、マグネターである可能性です。マグネターは、通常のパルサーよりもおよそ1000倍強い磁場を持つ中性子星です。マグネターは既知の宇宙で最も極端な天体の1つであり、銀河全体で検出されるほど強力なX線と​​ガンマ線のバーストを生成できます。

銀河中心は既に確認されたマグネターSGR J1745-2900をホストしていることが知られており、2013年に発見されました。この領域に2番目の磁気中性子星が存在する可能性は、超大質量ブラックホール近くの極端な潮汐環境でのこれらのオブジェクトの形成と生存に関する質問を提起します。マグネターが射手座A*近くでどのように形成され、持続するかを理解することは、銀河核の星の個体群動態についての洞察を提供でき、宇宙全体の銀河進化を理解するための含意を持つ分野です。

候補が実際にマグネターである場合、その急速な回転速度は、検出された最速回転マグネターの中にそれを置き、既に注目すべき発見に別の科学的関心の層を追加します。

確認への道

研究チームは、これが確認された発見ではなく候補検出のままであることを強調するために注意しています。パルサー検索は、地上ラジオ干渉、機器アーティファクト、および周期信号を模倣できる自然な天体物理学現象からの偽陽性に悩まされています。銀河中心の極端な散乱環境は追加の不確実性を追加します。

最も広いスクリーニングを促すため、Breakthrough Listenはすべての観測データを公開し、世界中の研究チームが独立した分析を実施できるようにしました。複数のラジオ望遠鏡を使用してフォローアップ観測が既に進行中で、シグナルを再検出してそのプロパティをより正確に特性化することを目指しています。

確認には、複数の独立した観測でパルサーを検出し、その周期を十分な精度で測定して代替説明を除外し、理想的には射手座A*の周りの軌道運動を示す信号の変化を観察することが必要になります。このステップが最も科学的に価値があり、この発見を非常に待ち遠しくしている一般的な相対主義的テストを直ちに可能にします。

銀河の最も極端な環境への窓

天の川の中央パルセクは、既知の最も極端な天体物理学環境の1つです。恒星は超大質量ブラックホールの周りを毎秒数千キロメートルで周回します。ホットガスの雲は内側に螺旋を描き、時々電磁スペクトム全体で見える炎をもたらします。星の密度は私たちの太陽の近所よりも数百万倍高いです。

この環境を理解することは単に地元の関心事ではありません。超大質量ブラックホールはほとんどの銀河の中心に位置し、射手座A*の近くで起こる物理プロセスは、宇宙全体のアクティブな銀河コアとクェーサーではるかに大きなスケールで複製されます。私たち自身の銀河中心を研究することから得られたすべての洞察は、ブラックホールがその周辺とどのように相互作用し、それらをホストする銀河をどのように形作るかについての、より広い理解に貢献します。

この領域での確認されたパルサーは、これらの条件の永続的で正確なプローブを提供し、ブラックホール付近の重力場、磁気環境、および物質分布についての継続的なデータストリームを提供します。それは、ある研究者の言葉で、宇宙の深淵の端に精密実験室機器を配置するようなものになるでしょう。

次に何が来るのか

天文学コミュニティはこの候補を激しい関心を持って監視しています。確認されれば、それは直ちに空で最も科学的に価値のあるオブジェクトの1つになり、世界中のラジオ望遠鏡から観測時間を引き付けます。基本物理学、天体物理学、および天の川の構造についての私たちの理解への含意は深いでしょう。

今のところ、データが分析されており、フォローアップ観測が計画されており、科学コミュニティは最高の科学の特徴である慎重な楽観主義を行使しています。天の川は実際にその心に注目すべき秘密を隠しているかもしれません。それを確認する作業は始まったばかりです。

この記事はSpace.comの報告に基づいています。元の記事を読む。