自然科学研究所

9月2日

　水沢VLBI観測所の赤堀卓也特任研究員を中心とする国際研究チームは8月31日、「ほうおう座銀河団」の中心に位置する巨大な銀河に、誕生から数百万年という若いジェットを発見したと発表した。超大質量ブラックホールから噴き出すと考えられているジェットは、星の材料となる冷却ガスが作られるのを妨げると従来の理論では考えられていた。その一方でほうおう座銀河団の中心には通常の1,000倍もの早さで星を形成し続ける銀河が存在しているために、大量の冷却ガスが必要となる。ジェットにまつわるこれらの観測と理論に矛盾が生じており、今回の観測結果によって従来の理論における銀河団の冷却と加熱に関する従来の理論モデルに再考が迫られることとなった。

　「ほうおう座銀河団」はほうおう座方向約59億光年というやや遠い距離にあり、年老いて冷えた銀河団であると考えられている。銀河団の中心には、通常の1000倍ほどの早さで爆発的に星が作られる巨大な銀河が存在し、その銀河中心には超大質量ブラックホールがあり、毎年およそ太陽60個分の質量を取り込み急成長している。そもそも銀河の分布は一様ではなく、数十個から数千個が集まり銀河団を形成している。その銀河を引きつけているものは、目に見えないダークマターである。ダークマターの強大な重力により、銀河団には一千万度を超える高温のガスが大量に閉じ込められていて、強いX線を放射するのである。

　通常はX線の放射によりガスの熱が失われると、圧力が低下し均衡を保てず、ガスはダークマターの重力に引き寄せられる。銀河団の中心部にガスが集まることで、さらにX線の放射が強まり、より一層ガスが冷えることとなる。冷えたガスは銀河団の中心にある銀河に降り積もり、そこでたくさんの星が作られるシナリオが予想されている。しかし銀河系近傍にある銀河団では、このようなことは観測されていない。また各銀河団中心の銀河に存在する超大質量ブラックホールからジェットが噴き出すと、ガスにエネルギーが供給され、冷却されないとの予測もされていた。

　研究チームはALMA望遠鏡を使い、ほうおう座銀河団の中心部で例外的に大量のガスが冷えている結果を既に得ており、これは巨大銀河に見られる爆発的な星形成の種となる可能性を見出していた。そうなると、次に焦点となるのは理論モデルに応じてほうおう座銀河団の中心の銀河において、ジェットが存在するのかどうかということとなる。研究チームはジェットの存在可否を確かめるべく、水沢VLBI観測所が行う比較的高い周波数によるジェットの観測に着想を得て、従来用いられていたジェット全体像の観測のための周波数よりも、さらに高い周波数の電波を長時間にわたり観測し、ほうおう座銀河団の中心部の高感度・高解像度のデータを取得することとした。観測には、より長い観測時間が得られる南半球にある電波干渉計、オーストラリアコンパクトアレイ（ATCA）を用いた。

　その結果、中心の銀河から噴き出すジェットを捉えることに成功した。またジェットは、噴き出した時代が異なると思われる２組があり、そのうち、最近に噴き出たジェットの年齢は銀河団に比べてたいへん若く、誕生から数百万年と推定された。銀河団の中心部で大量のガスが冷えているにもかかわらず、ジェットの存在を確かめたこの観測は、ジェットが高温ガスの冷却を止めていないことを示しており、これまでの理解に疑問を投げかけることとなった。銀河団の冷却と加熱を理解するためには、さらなる観測と研究が求められるともしている。

　ほうおう座銀河団の巨大銀河にジェットが確認されたことで、これまで知られていた近傍での銀河団と異なり、銀河団中の巨大銀河にジェットが存在しながらも、銀河団中のガスが冷えるという、新たな知見を得た。この解釈の一つとしては今回観測されたジェットがまだ噴き出したばかりで、ガスの過熱が十分に進んでいないことが挙げられる。

　今回の研究を主導した赤堀特任研究員は、「ほうおうは本来フェニックス、つまり不死鳥のことです。不死鳥の伝説の通り、この銀河団は死につつあるが今まさに甦ろうとしているのかもしれない。建設の始まる超大型電波望遠鏡SKA（エスケーエー）を用い、さらに高感度かつ高解像度でこの天体を観測して、近くの銀河団との違いがなぜ生じているのかを解明していきたいです。」とコメントしている。

( C ) 国立天文台

ほうおう座銀河団の中心にある銀河から噴き出すジェットの想像図。

( C ) Akahori et al.

銀河団中の巨大銀河(C1)から両方向に電波放射が観測された。図は、左右とも同じ領域で観測された電波の強度を色として示している。図の左右方向が東西、上下が北南になる。左図は、C1の強度分布がわかるように示し、右図は右上、左下の両方向に伸びたジェットからの電波強度がわかるようにコントラストを変えて示している。
　ブラックホールなどから噴き出されるジェットは、一般的に天体を挟んだ両方向に存在することが知られている。また噴き出す時期が昔になるほど、中心の天体から遠く離れ、最近になるほど近くに観測される。C5とC6のペア（点線四角）は昔に噴き出されたジェット、C4とC3（点線楕円）は最近に噴き出されたジェットと考えられる。