ブレーザー
ブレーザーは、巨大楕円銀河の中心に位置する大質量ブラックホールの強い重力によって引き起こされる活動によって、非常に明るく輝く天体の一種です。これらは活動銀河核の範疇に含まれ、特に相対論的な速度で放出されるジェットが、観測者である地球の方向へと偶然向き合っている姿だと理解されています。宇宙空間で発生する現象の中でも特に激しい部類に入り、銀河の進化や大質量ブラックホールの振る舞いを研究する上で重要な鍵となります。
ブレーザーの明るさが極めて短時間で大きく変動したり、見かけのサイズが非常に小さく観測されたりするのは、このジェットが地球を向いていることに由来します。また、多くのブレーザーのジェット根元付近では、見かけ上、光速を超えて運動しているように見える超光速現象も報告されています。
「ブレーザー」という名称は、1978年に天文学者のエドワード・スピーゲルによって提案されました。この名称が生まれる以前から、いくつかの異なるタイプの活動銀河核が知られていました。例えば、可視光で大きく明るさが変わるOVV（optically violent variable）クエーサーは活発な電波銀河に関連し、それほど活動的でないタイプの電波銀河には「とかげ座BL型天体」（BL Lac天体）が含まれます。これらはどちらも、銀河中心の大質量ブラックホールにガスなどの物質が落ち込む際に発生するエネルギー放出が活動の源です。まれに、これらOVVクエーサーとBL Lac天体の中間的な性質を持つ「中間的ブレーザー」も観測されます。
ブレーザーの一般的な特徴は、ジェットの方向が特殊であるという「統一モデル」でよく説明できます。これは、元々は同じ種類の天体でも、ジェットの観測方向によって見かけが異なって見えるという考え方です。OVVクエーサーとBL Lac天体の違いは、スペクトルに輝線が見られるかどうかという点に現れます。OVVクエーサーは比較的強い輝線を持つ一方、BL Lac天体は輝線が非常に弱いか、ほとんど見られません。
ブレーザーの構造は、典型的な活動銀河核と同様です。中心には大質量ブラックホールがあり、その周囲を物質が落ち込む際に形成される高温の降着円盤があります。降着円盤からは大量のエネルギーが放出されます。この非常にコンパクトな領域のさらに外側、ブラックホールから数パーセクの距離には、高温ガスの不透明なトーラス構造が存在すると考えられています。このトーラスは、ブラックホール近傍からの放射を吸収・再放射し、これがブレーザーのスペクトルに現れる輝線の一部となります。
降着円盤の回転軸に垂直な方向には、高エネルギーのプラズマからなる相対論的ジェットが伸びています。このジェットは磁場や周囲のガス流によって細く絞られ、その内部では高エネルギー粒子や光子が複雑な相互作用を起こします。ジェットは数万パーセクにも及ぶ長さを持つことがあります。
これらの領域からは、電波からガンマ線まで幅広い波長の電磁波が放射されます。その多くは、粒子が高エネルギーで運動する際に放出される非熱的放射であり、特に電波からX線にかけてはシンクロトロン放射、X線からガンマ線にかけては逆コンプトン散乱が支配的です。熱的放射は主に紫外線でピークを持ちます。
ブレーザーの特徴的な明るさは、ジェットが高速で地球に向かっていることによる「相対論的ビーミング」効果で説明されます。ジェットを構成するプラズマ全体の速度は光速の95%から99%に達することがあり、これによりジェット本来の明るさが地球からは非常に増幅されて観測されます。ジェットの速度や地球に対する角度によってこの増幅率は大きく変わり、例えばわずか5度傾いているジェットでも、光速の99.9%で運動していれば、本来の明るさの数十倍から数百倍に見えることがあります。
相対論的ビーミングは、銀河から対称に噴出しているはずの二つのジェットが、地球からは非常に非対称に見える原因でもあります。地球に向かってくるジェットは明るく増幅される一方、反対方向の遠ざかるジェットは暗く減光されて見えるためです。これにより、本来同じ性質を持つ活動銀河核でも、ジェットが地球を向いている場合はブレーザーとして極めて明るく観測され、そうでない場合は比較的暗い電波銀河として観測されるという、見かけ上の違いが生じます。
初期のブレーザーは、遠方の活動銀河核であると特定される前は、我々の銀河系内の明るさが不規則に変動する変光星だと誤解されていました。これらの天体は、実際の変光星のように数日から数年のスケールで明るさが変化しましたが、明確な周期はありませんでした。
電波天文学の発展により強力な電波源が多数発見され、1950年代後半には電波望遠鏡の解像度向上に伴い、電波源に対応する可視光天体の同定が進みました。これによりクエーサーが発見され、初期に発見されたクエーザーの中にはブレーザーに分類される天体が多く含まれていました。例えば、最初に赤方偏移が測定されたクエーサーである3C 273も、実は大きな光度変動を示すブレーザーでした。
1968年には、当時変光星と考えられていた「とかげ座BL」と強力な電波源VRO 42.22.01が同一の天体であることが確認されました。とかげ座BLは多くのクエーサーに似た性質を持っていましたが、赤方偏移を測るための輝線がスペクトルにほとんど見られませんでした。とかげ座BLが恒星ではなく、遠方の銀河に関連する天体であることは、1974年にその母銀河が発見されたことで確証されました。
1972年には、可視光と電波の両方で強い変動を示すいくつかの天体が、「とかげ座BL型天体」（BL Lac天体）という新たな分類の天体として認識されるようになりました。21世紀初頭までには、数百個ものBL Lac天体が発見されています。
現在の天文学では、ブレーザーは前述の通り、相対論的ジェットが地球の方向を向いている活動銀河核として広く受け入れられています。極めて明るいこと、激しい光度変動、高い偏光度、そして見かけの超光速運動といったブレーザーの特徴は、この特殊な方向性によってうまく説明できます。
ただし、ブレーザーの正体として重力レンズ効果によって増幅された天体であるという説も提唱されたことがありますが、重力レンズは一般的に波長に依存しないため、ブレーザーで観測される波長ごとの異なる変動パターンを説明できません。このため、重力レンズが一部のブレーザーの性質に関与している可能性は否定できませんが、全てのブレーザーの特徴を網羅的に説明するメカニズムとしては不十分であるとされています。
有名なブレーザーとしては、3C 454.3、3C 273、とかげ座BL、PKS 2155-304、マルカリアン421、マルカリアン501などがあります。特にマルカリアン421やマルカリアン501は非常に高いエネルギーのガンマ線を放出するため、「TeVブレーザー」と呼ばれることもあります。
ブレーザーの明るさが極めて短時間で大きく変動したり、見かけのサイズが非常に小さく観測されたりするのは、このジェットが地球を向いていることに由来します。また、多くのブレーザーのジェット根元付近では、見かけ上、光速を超えて運動しているように見える超光速現象も報告されています。
「ブレーザー」という名称は、1978年に天文学者のエドワード・スピーゲルによって提案されました。この名称が生まれる以前から、いくつかの異なるタイプの活動銀河核が知られていました。例えば、可視光で大きく明るさが変わるOVV（optically violent variable）クエーサーは活発な電波銀河に関連し、それほど活動的でないタイプの電波銀河には「とかげ座BL型天体」（BL Lac天体）が含まれます。これらはどちらも、銀河中心の大質量ブラックホールにガスなどの物質が落ち込む際に発生するエネルギー放出が活動の源です。まれに、これらOVVクエーサーとBL Lac天体の中間的な性質を持つ「中間的ブレーザー」も観測されます。
ブレーザーの一般的な特徴は、ジェットの方向が特殊であるという「統一モデル」でよく説明できます。これは、元々は同じ種類の天体でも、ジェットの観測方向によって見かけが異なって見えるという考え方です。OVVクエーサーとBL Lac天体の違いは、スペクトルに輝線が見られるかどうかという点に現れます。OVVクエーサーは比較的強い輝線を持つ一方、BL Lac天体は輝線が非常に弱いか、ほとんど見られません。
ブレーザーの構造は、典型的な活動銀河核と同様です。中心には大質量ブラックホールがあり、その周囲を物質が落ち込む際に形成される高温の降着円盤があります。降着円盤からは大量のエネルギーが放出されます。この非常にコンパクトな領域のさらに外側、ブラックホールから数パーセクの距離には、高温ガスの不透明なトーラス構造が存在すると考えられています。このトーラスは、ブラックホール近傍からの放射を吸収・再放射し、これがブレーザーのスペクトルに現れる輝線の一部となります。
降着円盤の回転軸に垂直な方向には、高エネルギーのプラズマからなる相対論的ジェットが伸びています。このジェットは磁場や周囲のガス流によって細く絞られ、その内部では高エネルギー粒子や光子が複雑な相互作用を起こします。ジェットは数万パーセクにも及ぶ長さを持つことがあります。
これらの領域からは、電波からガンマ線まで幅広い波長の電磁波が放射されます。その多くは、粒子が高エネルギーで運動する際に放出される非熱的放射であり、特に電波からX線にかけてはシンクロトロン放射、X線からガンマ線にかけては逆コンプトン散乱が支配的です。熱的放射は主に紫外線でピークを持ちます。
ブレーザーの特徴的な明るさは、ジェットが高速で地球に向かっていることによる「相対論的ビーミング」効果で説明されます。ジェットを構成するプラズマ全体の速度は光速の95%から99%に達することがあり、これによりジェット本来の明るさが地球からは非常に増幅されて観測されます。ジェットの速度や地球に対する角度によってこの増幅率は大きく変わり、例えばわずか5度傾いているジェットでも、光速の99.9%で運動していれば、本来の明るさの数十倍から数百倍に見えることがあります。
相対論的ビーミングは、銀河から対称に噴出しているはずの二つのジェットが、地球からは非常に非対称に見える原因でもあります。地球に向かってくるジェットは明るく増幅される一方、反対方向の遠ざかるジェットは暗く減光されて見えるためです。これにより、本来同じ性質を持つ活動銀河核でも、ジェットが地球を向いている場合はブレーザーとして極めて明るく観測され、そうでない場合は比較的暗い電波銀河として観測されるという、見かけ上の違いが生じます。
初期のブレーザーは、遠方の活動銀河核であると特定される前は、我々の銀河系内の明るさが不規則に変動する変光星だと誤解されていました。これらの天体は、実際の変光星のように数日から数年のスケールで明るさが変化しましたが、明確な周期はありませんでした。
電波天文学の発展により強力な電波源が多数発見され、1950年代後半には電波望遠鏡の解像度向上に伴い、電波源に対応する可視光天体の同定が進みました。これによりクエーサーが発見され、初期に発見されたクエーザーの中にはブレーザーに分類される天体が多く含まれていました。例えば、最初に赤方偏移が測定されたクエーサーである3C 273も、実は大きな光度変動を示すブレーザーでした。
1968年には、当時変光星と考えられていた「とかげ座BL」と強力な電波源VRO 42.22.01が同一の天体であることが確認されました。とかげ座BLは多くのクエーサーに似た性質を持っていましたが、赤方偏移を測るための輝線がスペクトルにほとんど見られませんでした。とかげ座BLが恒星ではなく、遠方の銀河に関連する天体であることは、1974年にその母銀河が発見されたことで確証されました。
1972年には、可視光と電波の両方で強い変動を示すいくつかの天体が、「とかげ座BL型天体」（BL Lac天体）という新たな分類の天体として認識されるようになりました。21世紀初頭までには、数百個ものBL Lac天体が発見されています。
現在の天文学では、ブレーザーは前述の通り、相対論的ジェットが地球の方向を向いている活動銀河核として広く受け入れられています。極めて明るいこと、激しい光度変動、高い偏光度、そして見かけの超光速運動といったブレーザーの特徴は、この特殊な方向性によってうまく説明できます。
ただし、ブレーザーの正体として重力レンズ効果によって増幅された天体であるという説も提唱されたことがありますが、重力レンズは一般的に波長に依存しないため、ブレーザーで観測される波長ごとの異なる変動パターンを説明できません。このため、重力レンズが一部のブレーザーの性質に関与している可能性は否定できませんが、全てのブレーザーの特徴を網羅的に説明するメカニズムとしては不十分であるとされています。
有名なブレーザーとしては、3C 454.3、3C 273、とかげ座BL、PKS 2155-304、マルカリアン421、マルカリアン501などがあります。特にマルカリアン421やマルカリアン501は非常に高いエネルギーのガンマ線を放出するため、「TeVブレーザー」と呼ばれることもあります。
もう一度検索
【記事の利用について】
タイトルと記事文章は、記事のあるページにリンクを張っていただければ、無料で利用できます。
※画像は、利用できませんのでご注意ください。
【リンクついて】
リンクフリーです。