地球の8倍の大きさの巨大な望遠鏡が、巨大な宇宙ジェットの前例のない光景を明らかにする

地球より大きな望遠鏡が宇宙にあるプラズマロープを発見した。

天文学者たちは、地球上と宇宙の電波望遠鏡のネットワークを使用して、これまでで最も詳細なジェット機の画像を撮影することができました。 プラズマ スーパーマスからの射撃 ブラックホール 遥か彼方の銀河系の中心で。

このジェットは、3C 279 と呼ばれる遠くの輝く核から来ており、ほぼ光の速度で移動し、その源近くで複雑なねじれパターンを示します。 これらのパターンは、これらの流れが時間の経過とともにどのように形成され、変化するかを説明するために 40 年間使用されてきた標準理論に疑問を投げかけます。

この観測に大きく貢献したのは、ドイツのボンにあるマックス・プランク電波天文学研究所で、参加するすべての望遠鏡からのデータが結合されて、有効直径約 100,000 km の仮想望遠鏡が作成されました。

彼らの発見は最近、 自然天文学。

図 1: ブレーザー 3C 279 の絡み合ったフィラメント。RadioAstron によって観測された、この源の相対論的平面の高解像度画像。 この画像では、数パーセクサイズのフィラメントがらせん状を形成している複雑な面内構造が明らかになりました。 このコレクションには、100 メートルのエフェルスベルク電波望遠鏡を含む、世界中の電波望遠鏡や地球周回軌道からのデータが含まれています。 その後、データはマックス プランク電波天文学研究所の相関センターで処理されました。 出典: NASA/DOE/FermiLAT コラボレーション。 Vlba/Jorstadら。 Radio Astron/Fuentes 他

ブレーザーについての洞察

ブレザーは、宇宙で最も明るく、最も強力な電磁放射源です。 これは、周囲の円盤から物質を蓄積する中心の超大質量ブラック ホールを持つ銀河を含む活動銀河核のサブクラスです。 クエーサーとして分類される活動銀河核の約 10% は相対論的プラズマジェットを生成します。 バサールは、これらのジェットが観測者にほぼ直接向けられているのを見ることができるクエーサーのごく一部に属しています。

最近、ドイツのボンにあるマックス・プランク電波天文学研究所（MPIfR）の科学者を含む研究者チームは、ブレーザー3C 279の最も内側のジェット領域を前例のない角度分解能で撮像し、修正が必要な可能性がある驚くほど規則的な螺旋フィラメントを発見した。活動銀河でジェットが生成されるプロセスを説明するためにこれまでに使用されたモデル。

「周回電波望遠鏡が月にまで到達した宇宙ミッションであるラジオアストロンと、地球上に分散された 23 台の電波望遠鏡のネットワークのおかげで、私たちは惑星内部の最高解像度の画像を取得しました。 」 スペイン、グラナダにあるアンダルシア天体物理研究所（IAA-CSIC）の研究者アントニオ・フエンテス氏は、「これほどまでに恒星ジェットが流れていることで、ジェットの内部構造をこれほど詳細に観察できるようになったのは初めてだ」と語る。作品。

理論的な意味と課題

RadioAstron ミッションによって開かれた宇宙の新しい窓により、中心に超大質量ブラック ホールを持つ発光体 3C 279 のプラズマ ジェットの新たな詳細が明らかになりました。 このジェットには、中心から 570 光年以上にわたって広がる、少なくとも 2 本のねじれたプラズマのフィラメントが含まれています。

「ジェットの発生源にこれほど近いフィラメントを観察したのはこれが初めてであり、ブラックホールがどのようにプラズマを形成するのかについてさらに詳しく知ることができます。流入は他の2つの望遠鏡、GMVAとEHTでも観測されています。はるかに短い波長 (3.5 mm と 1.3 mm ) で観測しましたが、糸状の図形はこの解像度には弱すぎ、大きすぎるため検出できませんでした」と、研究チームのメンバーであり GMVA の欧州スケジューラーであるエドゥアルド ロス氏は述べています。 「これは、異なる望遠鏡が同じ天体の異なる特徴をどのように明らかにできるかを示しています」と彼は付け加えた。

図 2: RadioAstron VLBI 観測は、地球の直径の最大 8 倍 (最大基線 350,000 km) の仮想望遠鏡を提供します。 クレジット: ロスコスモス

ブレザーから発せられるプラズマ ジェットは、実際には真っ直ぐで均一ではありません。 これらは、ブラック ホールを取り囲む力によってプラズマがどのような影響を受けるかを示す紆余曲折を示しています。 スパイラルフィラメントと呼ばれる3C279のこれらのねじれを研究している天文学者は、それらがジェットのプラズマ内で発生する不安定性によって引き起こされることを発見した。 その過程で、時間の経過とともに流れがどのように変化するかを説明するために使用していた古い理論がもはや有効ではないことにも気づきました。 したがって、ジェットの起源付近でこれらの螺旋状フィラメントがどのように形成され、進化するかを説明できる新しい理論モデルが必要です。 これは大きな挑戦ですが、これらの驚くべき宇宙現象についてさらに学ぶ素晴らしい機会でもあります。

「私たちの結果から浮かび上がった特に興味深い側面の 1 つは、流れを閉じ込める螺旋状の磁場の存在を示しているということです」と、現在 MPIfR に所属し、科学者チームのメンバーである Guang-Yao Zhao 氏は述べています。 「したがって、3C 279のジェットの周りを時計回りに回転する磁場が、光速の0.997倍で動くジェットのプラズマを誘導し、誘導している可能性がある。」

「同様の螺旋状フィラメントは以前にも銀河系外ジェットで観察されているが、その規模ははるかに大きく、ジェットの異なる部分が異なる速度で移動し、互いにせん断することによって引き起こされると考えられている」とMPIfRのもう一人の科学者であるアンドレイ・ロバノフ氏は付け加えた。研究者のチーム。 。 「この研究により、私たちはこれらのフィラメントが実際にジェットを生成するブラックホールのすぐ近くのより複雑なプロセスに結び付けられるという、まったく新しい領域に足を踏み入れようとしています。」

Nature Astronomy の最新号に掲載された 3C279 の内部流れの研究は、活動銀河核からの相対論的流出の初期形成における磁場の役割をより良く理解するという進行中の研究を拡大するものである。 これは、これらのプロセスの現在の理論的モデリングに残された多くの課題を強調し、標準的な角度解像度で遠方の宇宙天体を画像化するユニークな機会を提供する電波天文機器と技術のさらなる改善の必要性を実証しています。

技術の進歩と協力

超長基線干渉法 (VLBI) と呼ばれる特別な技術を使用し、異なる電波観測所からのデータを組み合わせて相関付けることにより、観測に関与するアンテナ間の最大間隔に等しい有効直径を持つ仮想望遠鏡が作成されます。 現在 MPIfR に所属する RadioAstron プロジェクトの科学者ユーリ・コバレフ氏は、そのような結果を達成するための国際保健協力の重要性を強調しています。「12 か国の天文台が水素時計を使用して宇宙アンテナと同期し、地球までの距離と同じ大きさの仮想望遠鏡を形成しました。 」 月。”

「このようなクエーサー 3C279 の画像をもたらした RADIOASTRON による実験は、国際的な天文台の科学協力によって可能になった並外れた成果です」と、MPIfR 所長であり、過去 20 年間にわたる RadioAstron ミッションの立役者の 1 人であるアントン ジンソス氏は述べています。 そして多くの国の科学者たち。 このミッションには、衛星が打ち上げられるまでに数十年にわたる共同計画が必要でした。 実際の画像の撮影は、アイフェルスベルクなどの地上の大型望遠鏡をリンクし、ボンにある VLBI リンク センターでデータを注意深く分析することによって可能になります。

参考文献: 「ジェット放射異方性の起源としてのネアマチック構造」アントニオ フエンテス、ホセ L. ゴメス、ホセ M. マルティ、マネル ペロチョ、グアン ヤオ ジャオ、ロッコ レッコ、アンドレ P. コバレフ、アンドリュー・チェル、秋山和典、キャサリン・ボウマン、ヒー・スン、イルジ・ジュー、エフタリア・トライアーノ、テレサ・トスカーノ、ローハン・ダハリ、マリアンナ・フシ、レオニード1世。 ガーヴィッツ、スヴェトラーナ・ヨルスタッド、キム・ジェヨン、アラン・B・マーチャー、ユースケ。 水野、エドゥアルド・ロス、トゥオマス・サヴォライネン、2023年10月26日、 自然天文学。
土井: 10.1038/s41550-023-02105-7

詳しくは

地球から宇宙への電波干渉計ミッションは、2011 年 7 月から 2019 年 5 月まで実施され、10 メートルの周回電波望遠鏡 (Spektr-R) と、以下を含む約 20 台の世界最大の地上電波望遠鏡のアレイで構成されています。エッフェルスベルク電波望遠鏡は100メートルです。 個々の望遠鏡の信号が電波干渉法を使用して結合された場合、このグループの望遠鏡は、直径 350,000 キロメートル (地球と月の間の距離にほぼ相当) の電波望遠鏡に相当する最大角度分解能を提供しました。 これにより、RadioAstron は天文学史上最高の角度分解能の機器となっています。 RadioAstron プロジェクトは、ロシア科学アカデミーのレベデフ物理研究所の宇宙天文学センターとラヴォーチキン科学協会によって主導され、国営宇宙企業 ROSCOSMOS との契約に基づいて、ロシアおよびその他の国々のパートナー組織と協力して制作されました。 このミッションの天文データは世界中の個々の科学者によって分析されており、ここに示したような結果が得られています。

投稿作品の次の協力者は、著者リストに記載されている順に MPIfR に属します: Guang-Yao Zhao、Andrei P. Lobanov、Yuri Y. Kovalev、Efthalia (Thalia) Traianou、Jae-Young Kim、Eduardo Ros、トゥオーマス・サヴォライネン。 共同研究者のロッコ・レッコ氏とガブリエレ・ブルーニ氏も、RadioAstron のミッション期間中に MPIfR に所属していました。

ユリ・Y コバレフは、アレクサンダー・フォン・フンボルト財団のフリードリヒ・ヴィルヘルム・ベッセル研究賞を受賞したことを認めます。