静穏な超巨大ブラックホールからの高エネルギー粒子 天体ニュートリノと天体ガンマ線の発生源を新たに提唱

静穏な超巨大ブラックホールからの高エネルギー粒子天体ニュートリノと天体ガンマ線の発生源を新たに提唱

2021年9月24日 11:00 | プレスリリース・研究成果

【本学研究者情報】

〇学際科学フロンティア研究所　日本学術振興会特別研究員　木村成生
研究者ウェブサイト

【発表のポイント】

宇宙はニュートリノやガンマ線などの高エネルギー粒子で満たされており、宇宙ニュートリノ背景放射や宇宙ガンマ線背景放射として観測されているが、それらの生成については謎に包まれている。
「静穏な」ブラックホールに落ち込むガスから放射されるガンマ線とニュートリノの量を理論的に計算し、それらが100 万電子ボルト程度の宇宙ガンマ線背景放射と1000 兆電子ボルト程度の宇宙ニュートリノ背景放射の観測データを同時に再現できることを示した。
本研究で予言されるガンマ線信号とニュートリノ信号は、将来のニュートリノ実験計画やガンマ線衛星計画で検出が可能であり、今後、宇宙を満たす高エネルギー粒子起源の解明に繋がることが期待される。

【概要】

宇宙はニュートリノやガンマ線といった高エネルギー粒子で満たされており、それらは宇宙ニュートリノ背景放射や宇宙ガンマ線背景放射として観測されています。それらの高エネルギー粒子の起源天体や生成機構はまだよくわかっていません。

東北大学学際科学フロンティア研究所（大学院理学研究科兼務）の木村成生博士らの研究チームは、「静穏な」超巨大ブラックホールがそれらの起源であるという説を新たに提唱しました。ほぼ全ての銀河の中心には超巨大ブラックホールが存在すると考えられており、銀河内部の星間ガスがブラックホールへと落ち込むと、さまざまな波長の電磁波を放射して活動銀河核として観測されます。木村氏らは落ち込むガスの量が少ない暗い活動銀河核でのブラックホール周囲の物質状態を X 線観測データを用いて理論的に考察し、電子が100 億度まで加熱されて効率的に100 万電子ボルト程度のガンマ線を放射することを明らかにしました。また、そこでは高エネルギーニュートリノも効率的に生成され、そこから放射されるガンマ線とニュートリノが地球での観測データを自然に再現できることも示しました。今後、観測・実験技術の進歩により暗い天体の理解が進み、宇宙を満たす高エネルギー粒子起源の解明に繋がることが期待されています。

この研究成果は英国の科学雑誌『Nature Communications』誌に2021 年9 月23 日に掲載されました。