宇宙のブラックホールジェットを研究すること

ブラックホールは、巨大な星が自分の重力で崩壊することで形成される宇宙の魅力的な物体なんだ。ブラックホールの面白いところは、近くの星から物質を引き寄せる能力があって、ジェットという構造ができること。これらのジェットは、ブラックホールの周りから高速度で放出される粒子の流れなんだ。この記事では、MAXI J1820+070とV404 Cygniという2つの特定のブラックホールを見て、ジェットについてもっと理解して、そのサイズをどう測るかを考えてみるよ。

#ブラックホールX線バイナリって何？

ブラックホールX線バイナリ（BHXRB）は、ブラックホールが仲間の星を周回しているシステムだ。ブラックホールがその星からガスや塵を引き寄せると、自分の周りにディスクを形成する。このディスクは、物質が渦を巻いて入るとすごく熱くなり、強いX線を放出するんだ。引き寄せる物質の量によって、これらのシステムは異なる状態に切り替わることがある。主な2つの状態は「ハード」と「ソフト」と呼ばれているよ。

ハード状態では、X線の光が明るくて、生成されるジェットはコンパクトで小さいサイズを持ってる。一方、ソフト状態では光学的には明るくて、異なるスペクトルを持ち、ジェットの構造が大きく変わることがあるんだ。

#ジェットの観測

非常に長い基線干渉法（VLBI）という特別な技術を使って、科学者たちはこれらのジェットの写真を撮ることができる。VLBIは、広い距離に広がった複数の電波望遠鏡からのデータを組み合わせて、非常に高解像度の画像を作成する方法なんだ。異なる電波周波数で観測を行うことで、ジェットのコアの位置が周波数によってどう変化するかを研究できる。この変化は「コアシフト」と呼ばれ、ジェットのサイズについての情報を教えてくれるよ。

MAXI J1820+070の場合、15GHzと5GHzの2つの周波数間で測定を行ったけど、V404 Cygniでは、指定されていない異なる周波数の間で測定が行われたんだ。これらの測定を比較することで、ジェットのサイズを推定できる。

#ジェットサイズの測定

MAXI J1820+070に関しては、我々の発見はジェットのサイズが上限値に制限されていることを示した。この限界は、我々が観測したデータに基づく最大のサイズを示しているんだ。異なる条件下で行われた以前の研究と比較すると、サイズは異なることが分かる。高輝度状態では、ジェットは我々が研究している低ハード状態よりも大きいと示されているよ。

同様に、V404 Cygniでも、放射線の測定に基づいてジェットサイズの上限を設定したけど、測定はジェット軸に沿った放射線を放出する領域の動きによって複雑にされた。

#光学的深さの影響

ジェットを研究する時、光学的深さという概念を考慮する必要がある。これは、ジェットからの光が宇宙を移動する際にどれだけ吸収または散乱されるかに関連してるんだ。ハード状態のジェットでは、ジェットの異なる部分からの電波放射が見えるんだけど、観測する周波数によって、これらの放射が異なる位置から発生しているように見えることがある。ここでコアシフトを観察できるんだ。

観測する周波数が変わると、ジェットのコアの位置が動くのが見える。これは天体測定において重要な意味を持つ。コアシフトが測定にどう影響するかを理解することで、これらのブラックホールからのジェットの実際のサイズをより良く推定できるんだ。

#以前の測定とGaiaとの緊張

以前の研究では、VLBIから得られた電波視差測定とGaia衛星からの光学視差測定との間に食い違いが見られた。この違いは天体測定の精度に関する疑問を引き起こしたんだ。V404 Cygniブラックホールを調べると、異なる方法で得られた視差測定の間にわずかな緊張があったことがわかった。一部の説明は、爆発中にジェット領域で観察された迅速な変化にあるかもしれない。これが電波と光学の測定の両方に影響を与える可能性があるんだ。

これらの食い違いを明らかにするため、ブラックホールの軸に沿ったジェットの動きの影響を特定することに焦点を当てた。この動きは測定に系統的な誤差をもたらすことがある。異なる状態でのジェットの挙動を調査することで、以前の観測がこの動きに影響されていたかを確立しようとしたんだ。

#MAXI J1820+070の研究

MAXI J1820+070は、2018年の爆発中に初めて特定されて以来、興味深い研究対象となってる。具体的な質量を持つブラックホールが確認されている。状態の変遷中に、ジェット軸に沿っていくつかの双極放出が観察されたんだ。重要なのは、我々の天体測定がMAXI J1820+070の電波視差を提供できて、地球からの距離を示したこと。

観測の結果、ジェットのサイズの上限が見つかり、これは高輝度状態での以前の研究の結果よりもかなり小さかった。これは、ジェットのサイズがその輝度によって変わる可能性があることを示唆しているよ。

#V404 Cygniの研究

V404 Cygniにもブラックホールが含まれていて、高い電波輝度を持っている。このシステムの観測からは、VLBIから得られた残差測定と、期待される位置との間に強い相関があることが明らかになった。この相関は、系統的な誤差が我々の測定に影響を与えている可能性が高いことを示しているんだ。

MAXI J1820+070と同様に、我々の測定によりジェットサイズの上限を推定できたけど、観測の複雑な性質や位相参照源の影響により、コアシフトの寄与を正確に特定することはできなかった。

#ジェット研究の重要性

ブラックホールからのジェットの研究は、これらの極端な環境の働きについての洞察を提供するんだ。ジェットの挙動を観察することで、研究者たちはブラックホールが周囲とどのように相互作用するかや、放出される物質の特徴を調べることができる。

VLBIや他の方法を使って異なるジェットを探求し続ける中で、ブラックホール、ジェットの形成、そしてこれらのジェットが異なる状態でどう振る舞うかについての理解を深められるだろう。

#結論

要するに、MAXI J1820+070やV404 CygniのようなブラックホールX線バイナリにおけるジェットサイズの研究は、これらのシステムのダイナミクスについての興味深い情報を明らかにしたんだ。複数の観測を組み合わせて、モデルを洗練させることで、ジェットの挙動とそれがどのようにブラックホールから出ているかの関係をより明確に理解できるんだ。

将来の観測が進むことで、異なる測定方法間の食い違いを明らかにし、ブラックホールジェットと宇宙との相互作用についての複雑さを深く理解できることを期待しているよ。