白鳥座X-1系は、天の川銀河で最も明るいX線源の一つで、白鳥座X-1と呼ばれるブラックホールと、その伴星である太陽の41倍の質量を持つ巨大な恒星で構成されています。研究者たちは最近、白鳥座X-1系における過熱プラズマの形状をより深く理解するため、これらのX線の偏光を測定しました。
ブラックホールの事象の地平線を越えると何も見えなくなりますが、通常、ブラックホールの周囲には超高温の物質が存在します。数百万度という高温の物質はX線を放射し、その起源となる環境に関する情報を提供します。
「これまでのブラックホールのX線観測では、ブラックホールに向かって渦巻く高温プラズマから発せられるX線の到達方向、到達時間、エネルギーしか測定されていませんでした」と、セントルイス・ワシントン大学の物理学者で、この論文の筆頭著者であるヘンリック・クラウチンスキー氏は大学の発表で述べています。「IXPEは、X線の直線偏光も測定します。これは、X線がどのように放射されたか、そしてブラックホール近くの物質で散乱するかどうか、そしてどこで散乱するかに関する情報を含んでいます。」
データの一部は、撮像X線偏光測定探査機（IXPE）ミッションから得られたものです。IXPEは、2021年12月に打ち上げられた地球周回軌道上の衛星です。ミッションは2年間の予定で、ブラックホールに加え、中性子星、パルサー、星雲、超新星残骸などのX線源を観測します。
研究者たちは、IXPEの観測データとNASAのNICERおよびNuSTAR X線観測衛星のデータを組み合わせることで、はくちょう座X-1の周囲のプラズマの位置をより正確に把握しようとしました。この研究成果は本日、科学誌「サイエンス」に掲載されました。
研究者たちは、プラズマがブラックホールの両側から噴出する物質のジェットに垂直な円盤を形成していることを発見した。ブラックホールのジェットは強力な磁場によって形成されると考えられており、この磁場は超高温の物質の一部を、ほぼ光速まで加速された高エネルギー粒子の巨大な流れとして、ブラックホールの両側から噴出させる。
もし私たちの銀河系の中心にある超大質量ブラックホール、いて座A*にこのようなジェットがあったとしても、私たちはそれを見ることはできないでしょう。なぜなら、ブラックホールがまっすぐ私たちに向いているからです。
ジェットの方向とシステムのX線の偏光は一致しており、研究チームは、ブラックホール近くの明るい領域で起こっていることはすべてジェットの形成に関係しているのではないかと推測した。
さらに、X線の偏光特性から、研究チームはブラックホールの面がはくちょう座X-1系の面と一致していない可能性を示唆した。これまでの証拠から、ブラックホールが母星の激しい死によって形成された場合に、このような現象が発生する可能性があることが示唆されている。
恒星の死に伴う物質の爆発は、新たに形成されたブラックホールに衝撃を与え、周囲の天体との配置をずらすことがあります。例えば、MAXI J1820+720の小さなブラックホールは、周囲の物質円盤と約40度ずれています。
IXPE（および他のX線観測所）は、ブラックホールの形成と進化の新たな側面を今後も明らかにし続け、これらの極めて高密度で謎めいた天体の多様性について、より完全な全体像を提供してくれるでしょう。
続き：見よ：銀河系の中心ブラックホールの初画像
