第25章天の川銀河The Milky Way Galaxy

At the beginning of this chapter, we hinted that the core of our Galaxy contains a large concentration of mass. In fact, we now have evidence that the very center contains a black hole with a mass equivalent to 4.6 million Suns and that all this mass fits within a sphere that has less than the diameter of Mercury’s orbit. Such monster black holes are called supermassive black holes by astronomers, to indicate that the mass they contain is far greater than that of the typical black hole created by the death of a single star. It is amazing that we have very convincing evidence that this black hole really does exist. After all, recall from the chapter on Black Holes and Curved Spacetime that we cannot see a black hole directly because by definition it radiates no energy. And we cannot even see into the center of the Galaxy in visible light because of absorption by the interstellar dust that lies between us and the galactic center. Light from the central region of the Galaxy is dimmed by a factor of a trillion (10¹²) by all this dust.

この章の初めに、天の川銀河の核には大量の質量が集中していることをほのめかした。実際、中心には太陽460万個分の質量を持つブラックホールがあり、その全質量が水星の軌道の直径より小さい球の中に収まることを示す証拠が、現在では得られている。天文学者はこのような怪物のようなブラックホールを超大質量ブラックホールと呼ぶ。一つの星の死によってできる典型的なブラックホールより、はるかに大きな質量を持つことを示す呼び名である。このブラックホールが実際に存在することについて、非常に説得力のある証拠があるのは驚くべきことだ。「ブラックホールと曲がった時空」で学んだように、ブラックホールは定義上エネルギーを放射しないので、直接見ることはできない。私たちと銀河中心の間にある星間塵の吸収のため、可視光では銀河中心をのぞくことさえできない。中心領域からの光は、この塵によって1兆（10¹²）分の1にまで弱められる。

Fortunately, we are not so blind at other wavelengths. Infrared and radio radiation, which have long wavelengths compared to the sizes of the interstellar dust grains, flow unimpeded past the dust particles and so reach our telescopes with hardly any dimming. In fact, the very bright radio source in the nucleus of the Galaxy, now known as Sagittarius A* (pronounced “Sagittarius A-star” and abbreviated Sgr A*), was the first cosmic radio source astronomers discovered.

幸い、別の波長では、これほど見えないわけではない。赤外線や電波は星間塵の粒の大きさに比べて波長が長く、塵の粒子に妨げられずに通り抜けるので、ほとんど暗くならずに望遠鏡へ届く。実際、現在いて座A*と呼ばれる、銀河の核にある非常に明るい電波源は、天文学者が発見した最初の宇宙電波源だった。英語ではSagittarius A*を「サジテリアス・エー・スター」と読み、Sgr A*と略す。

Let’s take a voyage to the mysterious heart of our Galaxy and see what’s there. Figure 25.14 is a radio image of a region about 1500 light-years across, centered on Sagittarius A, a bright radio source that contains the smaller Sagittarius A^*. Much of the radio emission comes from hot gas heated either by clusters of hot stars (the stars themselves do not produce radio emission and can’t be seen in the image) or by supernova blast waves. Most of the hollow circles visible on the radio image are supernova remnants. The other main source of radio emission is from electrons moving at high speed in regions with strong magnetic fields. The bright thin arcs and “threads” on the figure show us where this type of emission is produced.

天の川銀河の謎めいた中心部へ旅して、何があるか見てみよう。図25.14は、より小さないて座A*を内部に含む明るい電波源、いて座Aを中心とした、幅約1500光年の領域の電波画像である。電波放射の多くは、高温の星の集団、または超新星の爆風によって加熱された高温ガスから届く。星そのものは電波を出さず、この画像には見えない。画像にある中空の円の大部分は超新星残骸である。もう一つの主要な電波源は、強い磁場の領域を高速で動く電子である。図の明るい細い弧や「糸」は、この種類の放射が生じる場所を示している。

Now let’s focus in on the central region using a more energetic form of electromagnetic radiation. Figure 25.15 shows the X-ray emission from a smaller region 400 light-years wide and 900 light-years across centered in Sagittarius A^*. Seen in this picture are hundreds of hot white dwarfs, neutron stars, and stellar black holes with accretion disks glowing with X-rays. The diffuse haze in the picture is emission from gas that lies among the stars and is at a temperature of 10 million K.

今度は、さらに高エネルギーの電磁波を使い、中央の領域へ焦点を絞ろう。図25.15は、いて座A*を中心とする400×900光年の、より小さな領域のX線放射を示す。画像には、X線で輝く降着円盤を伴う高温の白色矮星、中性子星、恒星質量ブラックホールが数百個見えている。ぼんやりしたもやは、星と星の間にある、温度1000万Kのガスからの放射である。

As we approach the center of the Galaxy, we find the supermassive black hole Sagittarius A^*. There are also thousands of stars within a few lightyears of Sagittarius A*. Most of these are old, reddish main-sequence stars. But there are also about a hundred hot OB stars that must have formed within the last few million years. There is as yet no good explanation for how stars could have formed recently so close to a supermassive black hole. Perhaps they formed in a dense cluster of stars that was originally at a larger distance from the black hole and subsequently migrated closer.

銀河中心へ近づくと、超大質量ブラックホール、いて座A*がある。その数光年以内には、何千個もの星も存在する。大部分は古く赤みを帯びた主系列星である。しかし、高温のOB星も約100個あり、過去数百万年以内に生まれたはずである。超大質量ブラックホールのこれほど近くで、最近どのように星が生まれたかには、まだよい説明がない。もともとブラックホールから遠くにあった密な星団の中で生まれ、その後、より近くへ移動してきたのかもしれない。

There is currently no star formation at the galactic center, but there is lots of dust and molecular gas that is revolving around the black hole, along with some ionized gas streamers that are heated by the hot stars. Figure 25.16 is a radio map that shows these gas streamers.

現在、銀河中心では星形成は起きていないが、ブラックホールの周りを回る塵と分子ガスが大量にあり、高温の星に加熱された、電離ガスの流れもいくつかある。図25.16の電波地図には、こうしたガスの流れが見えている。