サジタリウスA*の観測からの新しい知見
最近のALMAの発見が、天の川銀河の中心のブラックホールの挙動に光を当ててるよ。
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サジタリウスAは、私たちの天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホールの名前だよ。こいつの質量は太陽の約400万倍もあるんだ。周りにはガスとホコリの円盤があって、これが積降流を形成していて、こういうブラックホールがどう機能するかを理解するのに必要なんだ。サジタリウスAの観測は、宇宙や極限条件下での物質の挙動について学ぶのに役立ってる。
観測とデータ収集
2017年4月、アタカマ大型ミリ波/サブミリ波アレイ（ALMA）がサジタリウスAの観測を行ったんだ。観測した周波数帯は85-101 GHzと212-230 GHzの2つ。これにより、サジタリウスAの明るさが時間とともにどう変化するかを示す光曲線をキャッチできたんだ。収集したデータには、光波の整列を示す線偏光の測定や、光が進む方向を説明する円偏光のデータも含まれているよ。
光曲線と偏光
異なる周波数で得られた光曲線は大きな違いを示してる。低い周波数（85-101 GHz）では線偏光が約1-2%だったけど、高い周波数（212-230 GHz）では5-10%に増えてた。また、約150 GHz以下では観測された偏光がかなり減少する脱偏光効果も見られた。これは、ブラックホールの周りの物理環境が周波数によって変わることを示唆してる。
時間とともに偏光の状態が急速に変化する様子も記録された。科学者たちは、偏光が急激に変化することを発見して、ブラックホール周辺のプロセスがダイナミックで予測不可能だってことを示してる。この時間変動は、超大質量ブラックホールを取り巻く磁化された物質の性質についての洞察を提供してるんだ。
ファラデー・スクリーンの役割
結果から、サジタリウスA*には内部ファラデー・スクリーンがあることが示唆されてる。これは、光波が磁場と荷電粒子の存在によって影響を受ける領域だよ。従来のモデルではこのスクリーンは外部にあると考えられてたけど、データは私たちが観測する偏光光の多くがブラックホール自体に近い領域から来てることを示してる。
ファラデー回転測定（RM）は、光が異なる媒体を通過する際の偏光の変化を理解するのに重要なんだ。この場合、低周波数での回転測定が低かったことが観測された。これにより、イベントホライズンの約10重力半径内でかなりのファラデー回転が起こることが示唆されるよ。
積降流モデル
サジタリウスA*の周りの積降流を理解することは、観測を解釈するための鍵なんだ。この積降流は、放射効率の悪い積降流（RIAF）などの様々なモデルで説明される。これらのモデルは、物質がブラックホールの重力場に引き込まれるときの挙動を説明するのに役立つよ。
RIAFモデルによれば、サジタリウスA*の近くの物質はあまりエネルギーを放射しない。むしろ、蓄積されて熱くなる傾向があるんだ。この状態の物質は、私たちが検出できるラジオ波を生成することができる。観測はこのモデルを支持していて、光曲線の特性が積降流と存在する磁場の特性によって説明できることを示してる。
異なる周波数での観測比較
2つの周波数範囲から得られた結果は、サジタリウスA*の周りで起こっていることの詳細な描写を作り出してる。低周波数の観測は偏光が急激に減少することを示している一方で、高周波数ではソースが比較的安定していることがわかる。これにより、観測される積降流の領域によって異なる物理プロセスが働いていることが示されているんだ。
時間依存の回転測定の違いも磁場構造の変動を明らかにしている。85-101 GHzでの測定は212-230 GHzよりも急速な変動を示していて、これらの周波数で異なるプロセスが支配していることを指し示してる。
理論モデルへの影響
これらの観測はブラックホールの積降に関する理論モデルに大きな影響を与えるんだ。データは、単純なモデルで行われた多くの仮定を修正する必要があることを示している。内部ファラデー・スクリーンの存在は、ブラックホール周辺の光と磁場の相互作用についての考え方を変えるんだ。
より複雑な構造と磁場の挙動を考慮に入れたモデルが必要で、実際に起こっていることを正確に表現するためには重要なんだ。これにより、理論的な予測と実際に観測されることのギャップを埋める手助けができるよ。
結論
ALMAを使ったサジタリウスA*の観測は、超大質量ブラックホールやその周囲の環境の本質に貴重な洞察を提供してる。偏光や回転測定の変化は、既存のモデルに挑戦するダイナミックで複雑なシステムを示しているんだ。このシステムを理解することは、宇宙やその根本的な物理学についての知識を深めるために重要なんだ。
サジタリウスAに関する研究は進化し続けていて、観測や理論モデルの進展と共に、ブラックホールに対する理解が深まるんだ。これは、ブラックホールについての知識を高めるだけでなく、銀河や宇宙全体の理解にも寄与するよ。サジタリウスAのようなブラックホールの研究は、現代の天体物理学にとって重要な部分で、新たな研究や発見の道を開いているんだ。
タイトル: The internal Faraday screen of Sagittarius A*
概要: We report on 85-101 GHz light curves of the Galactic Center supermassive black hole, Sagittarius A* (Sgr A*), observed in April 2017 with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). This study of high-cadence full-Stokes data provides new measurements of the fractional linear polarization at a 1-2% level resolved in 4 s time segments, and stringent upper limits on the fractional circular polarization at 0.3%. We compare these findings to ALMA light curves of Sgr A* at 212-230 GHz observed three days later, characterizing a steep depolarization of the source at frequencies below about 150 GHz. We obtain time-dependent rotation measure (RM) measurements, with the mean RM at 85-101 GHz being a factor of two lower than that at 212-230 GHz. Together with the rapid temporal variability of the RM and its different statistical characteristics in both frequency bands, these results indicate that the Faraday screen in Sgr A* is largely of internal character, with about half of the Faraday rotation taking place inside the inner 10 gravitational radii, contrary to the common external Faraday screen assumption. We then demonstrate how this observation can be reconciled with theoretical models of radiatively inefficient accretion flows for a reasonable set of physical parameters. Comparisons with numerical general relativistic magnetohydrodynamic simulations suggest that the innermost part of the accretion flow in Sgr A* is much less variable than what these models predict, in particular, the observed magnetic field structure appears to be coherent and persistent.
著者: Maciek Wielgus, Sara Issaoun, Ivan Marti-Vidal, Razieh Emami, Monika Moscibrodzka, Christiaan D. Brinkerink, Ciriaco Goddi, Ed Fomalont
最終更新: 2023-08-22 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://arxiv.org/abs/2308.11712
ソースPDF: https://arxiv.org/pdf/2308.11712
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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