イベント?ホライズン?テレスコープ（EHT）コラボレーションおよび多波長の観測グループからなる国際研究チームは、M87銀河の中心部を電波からガンマ線で一斉観測した新たな研究成果を発表しました。このグループには茨城大学基礎自然科学野／理学部の米倉覚則教授が参加しており、理学部附属宇宙教育研究センターが運用する宇宙電波望遠鏡も観測に貢献しています。
今回の観測は、EHTによるブラックホール初撮影から1年後の2018年に行われたものです。一斉観測の結果、M87中心部から強力なガンマ線フレアを捉えることに成功しました（図１）。本成果はM87の巨大ブラックホールが約10年ぶりの活動期を迎えたことを示すとともに、超高エネルギー電磁放射の発生メカニズム解明に手がかりを与えるものです。
研究成果は欧州の天文学専門誌『アストロノミー?アンド?アストロフィジクス』に掲載されました。
図１：2018年4月に様々な波長で撮影されたM87の画像およびガンマ線望遠鏡によって検出されたフレアの測定データ。
クレジット：EHT Collaboration, Fermi-LAT Collaboration, H.E.S.S. Collaboration, MAGIC Collaboration, VERITAS Collaboration, EAVN Collaboration
背景
楕円銀河M87は、おとめ座の方向約5500万光年の距離にあります。その中心には、EHTが史上初めて撮影に成功した巨大ブラックホールが存在しています。初観測は2017年に行われ、2019年4月に画像が公開されましたが、今年の初めには初撮影から1年後の姿である2018年の画像も公開されました。一方こうしたEHTによる観測と協調する形で、世界中の望遠鏡も同時期にM87のブラックホールに向けられ、電波、可視光線、紫外線、エックス線、ガンマ線など様々な波長帯でも一斉に観測が行われました。2017年に実施した最初の多波長合同観測では、M87のブラックホールが非常に「おとなしい」状態であったことが報告されていました。今回の発表は、その1年後である2018年に行われた2回目の多波長合同観測に基づくものです。
研究の成果
2018年の観測キャンペーンには地上および宇宙から、総勢17を超える観測装置が参加しました（図2）。その結果、M87の中心部から強力なガンマ線フレア（ガンマ線において短い期間だけ明るく輝く現象）を捉えることに成功しました。これはブラックホールの活動が全体的におとなしかった2017年とは対照的です。検出されたガンマ線は、可視光線の数千億倍のエネルギーを持っており、その膨大なエネルギーを一度にたくさん解放することは並大抵のことではありません。
本研究チームの世話人の1人であるトリエステ大学のジャコモ?プリンシペ研究員は「EHTが参加する多波長合同観測キャンペーンの期間中にM87からガンマ線フレアを検出できたのは幸運でした。というのも、M87でガンマ線フレアが検出されたのは実におよそ10年ぶりだからです。超高エネルギーのガンマ線が巨大ブラックホール周辺やジェットの中でどのように作られるのか、その起源を探る絶好の機会が得られたのです。」と述べています。
同じく研究チームの世話人の1人である名古屋市立大学の秦和弘准教授は「M87の巨大ブラックホールはとても気分屋で、いつフレアが起こるか事前に予測がつきません。2017年と2018年で静穏期と活動期という全く対照的なデータが得られたことは、巨大ブラックホールの活動サイクルを紐解く上で重要な手がかりとなります。」と述べています。
今回検出されたガンマ線フレアは、わずか3日間という極めて短時間の現象でした。ガンマ線を検出したMAGIC（マジック）望遠鏡チームのメンバーで、東京大学宇宙線研究所のダニエル?マジン特任教授は次のように話します。「フレアの期間は放出領域の大きさにおおよそ比例します。ガンマ線の急速な変動は、フレア領域が非常に小さいことを示しており、中心ブラックホールのわずか10倍程度の大きさしかありません。興味深いことに、ガンマ線で観測された急激な明るさの変化は他の波長では検出されませんでした。これはフレア領域が複雑な構造をしており、波長によって異なる性質を持つことを示唆しています。」
図２：2018年のM87多波長観測キャンペーンに参加した観測装置の一覧。
クレジット：EHT Collaboration, Fermi-LAT Collaboration, H.E.S.S. Collaboration, MAGIC Collaboration, VERITAS Collaboration, EAVN Collaboration
2018年の観測キャンペーンには世界からガンマ線望遠鏡やエックス線望遠鏡が多数参加したほか、可視光帯では広島大学が運用するかなた望遠鏡、電波では国立天文台が韓国?中国などと共同で運用する東アジアVLBIネットワーク（EAVN）なども参加し、ガンマ線フレアの発生時期におけるジェットの形状などを詳しく測定しました。興味深いことに、2018年にEAVNで撮影されたM87ジェットは、2017年の時とは異なる方向に噴�