活動銀河

活動銀河は、銀河を構成する通常の要素である星、星間ガス、星間塵とは異なる、銀河中心部の特別な領域から膨大なエネルギーを放出している天体です。通常の銀河と比較して極めて明るく輝き、そのエネルギー放射は電波、赤外線、可視光、紫外線、X線、ガンマ線といった電磁波の幅広い波長域にわたります。このエネルギーの主要な発生源は、銀河中心部のごくコンパクトな領域に集中しており、「活動銀河核（Active Galactic Nucleus, AGN）」と呼ばれています。AGNの活動は、時に銀河全体の明るさを凌駕するほど強力です。

エネルギー源とそのメカニズム

活動銀河の強大なエネルギーを生み出す標準的な理論モデルは、銀河中心に存在する大質量ブラックホールが関与しているというものです。これらのブラックホールは太陽質量の数百万倍から数十億倍にも達し、その周囲に存在するガスや塵といった物質を強力な重力で引き寄せます。ブラックホールに直接落下する前に、物質は角運動量を持っているため、ブラックホールの周囲を高速で公転しながら扁平な円盤状の構造を形成します。これが降着円盤です。

降着円盤内では、物質同士が摩擦を起こし、高温に加熱されてプラズマ化します。このプラズマは回転しながら強大な磁場を生み出し、結果として多量のエネルギーを電磁波として放出します。降着円盤は、物質が持つ質量の約50パーセントをエネルギーに変換できると考えられており、これは核融合反応の効率（数パーセント程度）をはるかに凌駕する、宇宙で最も効率的なエネルギー変換メカニズムの一つです。

降着円盤からは、しばしばその回転軸方向に沿って、光速に近い速度で物質が噴き出す宇宙ジェットが観測されます。このジェットの形成メカニズムはまだ完全には解明されていませんが、降着円盤や中心ブラックホール周辺の磁場が重要な役割を果たしていると考えられています。

活動銀河の活動は、中心ブラックホールの周囲に供給される物質の量に依存します。ガスや塵が豊富に供給されている間は活発なAGNとして輝き続けますが、やがて周囲の物質をほとんど使い果たしてしまうと、AGNの活動は弱まり、エネルギー放出は大幅に減少します。この状態になると、かつて活動銀河だった天体は、中心に巨大ブラックホールを持ちながらも静穏な通常の銀河のように見えるようになると考えられています。我々の天の川銀河をはじめ、多くの近傍銀河の中心に、現在活動していない巨大ブラックホールが存在していることは、この「燃料切れ」シナリオを支持する証拠と見なされています。

活動の痕跡と宇宙の進化

宇宙の進化を遡ると、遠方の天体、特にクエーサーが初期宇宙に多数存在していたことが分かっています。クエーサーは非常に明るいAGNであり、宇宙初期の銀河が活発に活動していた証拠と考えられています。これは、初期宇宙では銀河同士の衝突や合体が頻繁に起こり、銀河中心部へ大量のガスが供給されやすかったため、多くの銀河が活発なAGN（クエーサーなど）を宿していたと解釈されています。

近年、観測技術の向上により、これまで活動的でないと思われていた多くの銀河中心部からも、暗いながらもブラックホール活動に起因するエネルギー放出が見つかっています。特に、全天の銀河の約3分の1以上に見られる低電離輝線銀河（LINER）の中心部の一部（ライナー核）が、低光度ながらAGNであることが確認されました。これらは、中心ブラックホールへのガス供給が乏しくなった、いわば「燃料切れ」の状態にあるAGN、すなわち低光度活動銀河核（LLAGN）であると考えられています。我々の天の川銀河の中心部も、このLLAGNに分類されると推定されています。

最近の研究では、宇宙の歴史において約56億年前を境に、特定のタイプの活動銀河（FSRQなど）が減少し、入れ替わるようにとかげ座BL型天体が増加したことが示唆されています。これは、宇宙の進化に伴い銀河間の衝突が減少しガス供給が細くなる一方で、中心ブラックホールが成長しジェットを形成する機構が優勢になった結果であると解釈されています。

活動銀河の分類と多様性

活動銀河はその観測される特徴に基づいて様々なタイプに分類されます。主な分類基準には、放出される電波の強さ、中心核の明るさ（光度）、中心部のプラズマの運動状態（スペクトル線の幅）などがあります。代表的な活動銀河のタイプとしては、古くから知られるセイファート銀河、非常に遠方に存在する極めて明るいクエーサー、そして強力なジェットを地球方向に向けていると見られるブレーザーなどがあります。

主要なタイプ

- 電波銀河: 他の銀河に比べて桁違いに強い電波を放出する銀河の総称です。その多くは、銀河中心から噴き出したジェットが、遠くまで広がって形成した巨大なプラズマの雲（ローブ）から強い電波を出しています。ジェットそのものが観測されることもあります（例：M87）。電波は高エネルギー電子が磁場中で加速されるシンクロトロン放射と考えられています。比較的珍しいタイプの銀河ですが、楕円銀河に多く見られます。
- セイファート銀河: 比較的に近い宇宙に存在する活動銀河の一種で、渦巻銀河や不規則銀河に多く見られます。中心核が星雲状に見える特徴を持ち、スペクトル線の形状から1型と2型に分類されます。
- ブレーザー: 中心から噴き出す強力なジェットが、たまたま観測者（地球）の方向を向いている AGN です。このため、ジェットからの放射が強く、可視光からX線、ガンマ線に至るまで、非常に幅広い波長で強く輝いて見えます。とかげ座BL型天体（BL Lac object）や均一スペクトル電波クエーサー（FSRQ）などがこのタイプに含まれます。ジェットの指向性が強いため、他のタイプの活動銀河に比べて数は少ないと考えられています。

低光度活動銀河核 (LLAGN)

セイファート銀河やクエーサーに比べて光度が非常に低いAGNです。中心ブラックホールへのガス供給が著しく少ない状態にあるため、活動レベルが低く抑えられています。前述のライナー核の多くがこれに分類されます。我々の銀河系中心のブラックホールもLLAGNである可能性が指摘されています。

統一モデル

活動銀河の多様性は、近年提唱されている統一モデル（Unified Model）によって包括的に説明されつつあります。このモデルでは、上記の様々なタイプの活動銀河は、本質的には同じ構造を持つAGNであるにも関わらず、観測者から見た方向の違いによって異なって見えるだけだと解釈されます。

AGNの構造として、中心のブラックホール、降着円盤、そして降着円盤の外側を取り囲むドーナツ状のガス・塵の雲（トーラス）を仮定します。観測者がトーラスを真正面から見る場合（トーラスの穴を通して中心が見える場合）は、中心核の明るい降着円盤や高速運動するガスからの光が直接見え、1型セイファート銀河やクエーサー、あるいはジェットがこちらを向いている場合はブレーザーとして観測されます。一方、観測者がトーラスを真横から見る場合（トーラスに遮られて中心が見えない場合）は、中心からの直接光は見えず、トーラスによって再放射された光や、トーラスの外側で輝いているガスからの光が見え、2型セイファート銀河や電波銀河として観測されると考えられています。

この統一モデルは、様々なタイプの活動銀河が示す観測的特徴の多くの矛盾を解消し、AGN研究において広く受け入れられています。

有名な活動銀河の例

- クエーサー (3C 273): 最初期に発見されたクエーサーの一つで、光学ジェットが観測されています。
- M87: おとめ座銀河団の中心にある巨大楕円銀河。強力な電波銀河であり、中心から伸びるジェットは可視光でも見えます。
- NGC 4258 (M106): メガメーザー銀河としても知られ、中心ブラックホールへのガスの運動が詳細に観測されています。
- MCG-6-30-15: 相対論的効果を示す鉄の輝線スペクトルが観測され、中心ブラックホール周辺の極限環境の研究に用いられています。

活動銀河の研究は、銀河の形成と進化、ブラックホールの成長、そして宇宙における物質とエネルギーの流れを理解する上で、重要な鍵を握っています。

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