[비즈한국] ヘルクレス座A銀河は、可視光で見ると星々がゆったりと丸く集まった、ごく普通の楕円銀河に見える。しかし、この銀河の真の魅力は電波領域で観測した時に明らかになる。電波観測の結果を重ね合わせると、銀河の外側まで両方向に長く伸びる独特な構造が浮かび上がるのだ。これは、銀河が抱くブラックホールが活発に活動し、両方向に強力なエネルギージェットを噴出した際に残した痕跡である。ブラックホールジェットの規模だけでも100万光年に達する。このように、電波観測で見える強力なエネルギージェットを噴出するブラックホールを抱える銀河を「電波銀河」と呼ぶ。この痕跡は銀河全体をはるかに超える驚異的なスケールだが、今となってはこれでもまだ「可愛い」レベルに過ぎない。
驚くべきことに、天文学者たちは最近、全長がなんと2300万光年に達する途方もない規模のエネルギージェットを噴出する銀河を発見した。全体規模は、我々の銀河を一直線に140個並べてようやく届くという、まさに巨大なスケールだ。銀河一つの中心に住むブラックホールが残した痕跡とは信じがたいほどである。銀河が長く連なる宇宙大規模構造のフィラメントの規模にほぼ匹敵するほどだ！
実のところ、天文学者たちが最初からこのような怪物的電波銀河を探そうとしていたわけではない。元々は、低い周波数帯の電波で宇宙全域をくまなく調べ、四方に絡み合う宇宙大規模構造の中にある銀河フィラメントの地図を作成する作業を行っていた。もちろん、宇宙のあちこちに荒々しいブラックホールを抱え、両方向に巨大なエネルギージェットを噴き出す銀河が存在することは知られていたが、その数はそれほど多くないと考えられていた。ところが、LOFARの観測結果、強力なエネルギージェットを噴出する銀河が8000個も潜んでいる事実が明らかになった。
その中には、圧倒的かつ巨大なスケールのジェットを噴き出す現場があった。その全長は2300万光年！まさに宇宙大規模構造級のスケールと言える。天文学者たちは、この巨大な電波ジェットを噴き出す存在に、神話の巨人である「タイタン」の一人、「ポルピュリオン」という名をつけた。ポルピュリオンの発見まで最も巨大な規模の電波銀河とされていたのは、2022年に同じ研究チームによって発見された「アルキオネウス」という銀河であった。今回、同じ研究チームの手によってその記録が塗り替えられたのである。
このような巨大なエネルギージェットの存在をにわかに信じがたかった天文学者たちは、インドのGMRT電波望遠鏡、そして宇宙全域の遠方の銀河までの距離を測り地図を描くことで暗黒エネルギーの正体を突き止めようとするDESIプロジェクト観測チームと協力し、この巨大なジェットの噴出源である銀河を特定した。その犯人は、我々の銀河より質量が10倍も重い巨大銀河だ。この銀河は我々の銀河から75億光年の距離にある。つまり、宇宙の年齢が63億歳だった頃の姿をとどめている銀河だ。宇宙の年齢が138億歳であることを考えると、宇宙全体の年齢の半分にも満たない、非常に若い銀河である。
初期宇宙から活発に活動し巨大な電波ジェットを残す銀河が存在したという事実は、我々がまだ見つけていないだけで、これほど巨大な電波銀河が宇宙大規模構造のあちこちに十分に潜んでいる可能性があることを示唆している。
長い間、天文学者たちは、銀河中心のブラックホールが噴き出すジェットがどれほど激しくとも、その規模は500万光年を超えることは難しいと考えていた。ジェットは遠くに届くにつれて強度が弱まり、銀河の外側にある銀河間空間を満たすガス粒子と衝突することで、徐々にエネルギーを失って四方に散乱すると考えられていたからだ。しかし、今回確認されたポルピュリオン銀河の電波ジェットは、宇宙大規模構造のフィラメントを突き抜けるほど、200万光年をはるかに超える途方もない規模で噴出している。一体どのようにして、これほどの巨大なスケールまでエネルギージェットが散乱せず、両方向に真っ直ぐ一直線に噴き出されるのだろうか？
一つの可能性として、偶然にもこのブラックホールジェットが噴出した方向に銀河がほとんど存在しない、非常に巨大で空っぽの「ボイド（空洞）」があったという説がある。ジェットがもし宇宙大規模構造のフィラメントの方向に噴出していれば、とっくに他の銀河やガス物質と衝突して散乱していただろうが、何もない巨大ボイドに噴出したおかげで、エネルギーを失わずに遠くまで広がることができた可能性がある。ただ、そうだとしても、これほどの巨大な規模までジェットが維持されるためには、銀河中心のブラックホールが数十億年以上にわたって絶えず「大食い」を続け、強力なエネルギーを四方に吐き出し続けなければならない。しかし、そもそもブラックホールがどうやって数十億年以上も餌を枯渇させることなく、エネルギーを吐き出し続けられるのかは、依然として解明されていない謎である。
ブラックホールのエネルギージェットは、数億光年規模の宇宙大規模構造に広がる銀河間磁場の流れを追跡できる優れたツールだ。電気的に電荷を帯びた粒子の流れは、結局のところ宇宙空間の磁場に沿って流れるからである。両方向に長く伸びるブラックホールジェットは、一種の宇宙の方位磁針となるわけだ。見落とされがちだが、実は磁場も銀河が形成され宇宙大規模構造が骨格を成す過程で非常に重要な役割を果たす要素の一つである。結局、宇宙空間に存在するすべての粒子は電荷を帯びているからだ。磁石の周りに鉄粉を撒いて磁場の形と分布を把握するように、ブラックホールのジェットとその痕跡の広がり方を通じて、宇宙大規模構造の骨格を作った磁場の存在を確認できるのである。
ビッグバン直後にランダムに散らばっていた宇宙の初期粒子が、互いの重力と周囲の宇宙空間の磁場に従って流れ、少しずつ密度が上がって銀河が作られていく過程を華やかに具現化した、様々な宇宙論的シミュレーションの映像を見たことがあるだろう。単に綺麗に見せるためのアニメーションだと思うかもしれないが、全くそうではない。すべてスーパーコンピュータを数ヶ月から数年間稼働させて導き出した、精密な計算結果を視覚化したものだ。このような計算を一般的なノートパソコンで行おうとすれば、2000年近い時間がかかる。
こうして具現化された宇宙論的シミュレーションの過程で、欠かさず登場する興味深いシーンがある。高い密度で練り上げられた宇宙大規模構造の結び目の中にある重厚な銀河から、四方へ何かが爆発するように強力なエネルギーが発散される様子だ。まさに初期宇宙で激しい「大食い」をしながら、周囲に強力なエネルギーを吐き出したブラックホールを抱える銀河の痕跡である。瞬時に大量のガス物質が銀河中心のブラックホールに向かって流れ込み、暴飲暴食したブラックホールが四方に向かって円状にエネルギーを吐き出す。そして瞬間的に周囲のガス密度や温度分布が大きく変わる。この過程は、宇宙全体の進化において非常に重要だ。激しい「龍の吐息（エネルギーの噴出）」を放った銀河だけでなく、偶然その直撃を受けた周辺の隣人銀河も、自身が抱えていたガス物質を急速に失ってしまう。新鮮なガス物質を突然失った銀河は、もはや新しい若い星を作ることができない、生命力を失った銀河となってしまうのである。
銀河の進化を研究していると、よくこのような質問を受ける。星が進化を終えて超新星爆発とともに一生を終えるように、銀河もいつかは死んだり爆発したりするのかと。厳密に言えば、個々の星と違い、銀河自体がドカンと爆発するようなことはない。そして星と違い、銀河は歳をとったからといって消滅することもない。ただ時間が経つにつれて新しい星を作る能力が減り、少しずつ銀河全体が暗く力なく老いていくだけだ。しかし、「爆発」という言葉の定義をもう少し寛大に受け止めてみるならどうだろうか？例えば、電波、可視光、赤外線、紫外線など、様々な波長にわたって瞬時に強力なエネルギーを発散する現象と定義するなら、銀河も十分に爆発しうる存在だ。銀河中心の強力なブラックホールの活動により、周囲に迷惑をかけながら痕跡を残すことができるからだ。
果たして銀河中心のブラックホールはどこまで遠くに届くのか。そして、こうした活動が宇宙大規模構造や、その中に住む個々の銀河にどのような影響を与えたのか。長い間未知の領域だった宇宙の磁場を直接追跡できる「ブラックホールジェット」という新しい方位磁針が手に入った。人類はそれを活用し、謎の解明へと近づいている。
筆者のチ・ウンベは？猫と宇宙を愛している。幼い頃に「銀河鉄道999」を見て、宇宙の美しさを伝えるという夢を抱くようになった。現在は延世大学銀河進化研究センターおよび近宇宙論研究室で、銀河の相互作用による進化を研究しており、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。著書に『サムに乗る天文台』、『一日中宇宙を考える』、『星、光の科学』などがある。