第27章活動銀河・クエーサー・超大質量ブラックホールActive Galaxies, Quasars, and Supermassive Black Holes

Even before the discovery of quasars, there had been hints that something very strange was going on in the centers of at least some galaxies. Back in 1918, American astronomer Heber Curtis used the large Lick Observatory telescope to photograph the galaxy Messier 87 in the constellation Virgo. On that photograph, he saw what we now call a jet coming from the center, or nucleus, of the galaxy (Figure 27.7). This jet literally and figuratively pointed to some strange activity going on in that galaxy nucleus. But he had no idea what it was. No one else knew what to do with this space oddity either.

クエーサーの発見以前にも、少なくとも一部の銀河の中心で、非常に奇妙なことが起きている手がかりはあった。1918年、アメリカの天文学者ヒーバー・カーティスは、リック天文台の大型望遠鏡を使い、おとめ座の銀河メシエ87を撮影した。その写真に、銀河の中心、すなわち核から出ている、現在ジェットと呼ぶものが写っていた（図27.7）。このジェットは、文字どおりにも比喩的にも、銀河核で起きる奇妙な活動を指し示していた。しかし彼には、それが何かわからなかった。ほかの誰にも、この宇宙の奇妙なものをどう扱えばよいのか、わからなかったのである。

The random factoid that such a central jet existed lay around for a quarter century, until Carl Seyfert, a young astronomer at Mount Wilson Observatory, also in California, found half a dozen galaxies with extremely bright nuclei that were almost stellar, rather than fuzzy in appearance like most galaxy nuclei. Using spectroscopy, he found that these nuclei contain gas moving at up to two percent the speed of light. That may not sound like much, but it is 13.4 million miles per hour, and more than 10 times faster than the typical motions of stars in galaxies.

銀河中心のジェットが存在するという断片的な事実は、四半世紀の間、説明されないまま置かれていた。その後、同じカリフォルニア州のウィルソン山天文台で、若い天文学者カール・セイファートが、非常に明るい核を持つ銀河を6個ほど見つけた。その核は、大半の銀河核のようにぼんやりせず、ほとんど恒星のように見えた。分光法を使うと、これらの核には、光速の最大2％で動くガスが含まれることがわかった。大した速さには聞こえないかもしれないが、時速1340万マイルであり、銀河の中の星の典型的な運動より10倍以上速い。

After decades of study, astronomers identified many other strange objects beyond our Milky Way Galaxy; they populate a whole “zoo” of what are now called active galaxies or active galactic nuclei (AGN). Astronomers first called them by many different names, depending on what sorts of observations discovered each category, but now we know that we are always looking at the same basic mechanism. What all these galaxies have in common is some activity in their nuclei that produces an enormous amount of energy in a very small volume of space. In the next section, we describe a model that explains all these galaxies with strong central activity—both the AGNs and the QSOs.

数十年にわたる研究の結果、天文学者は天の川銀河の外に、ほかにも多くの奇妙な天体を見つけた。それらは、今では活動銀河、あるいは活動銀河核（AGN）と呼ばれる天体の「動物園」をつくっている。初めは、それぞれの種類を見つけた観測の方法に応じて、多くの異なる名前がつけられた。しかし今では、いずれも同じ基本的な仕組みを見ているとわかっている。これらの銀河に共通するのは、核の中の何らかの活動が、非常に小さな空間で、膨大な量のエネルギーを生み出すことである。次の節では、AGNとQSOの両方を含め、中心に強い活動を持つこれらの銀河をすべて説明するモデルを述べる。

The first quasars discovered looked like stars but had strong radio emission. Their visible-light spectra at first seemed confusing, but then astronomers realized that they had much larger redshifts than stars. The quasar spectra obtained so far show redshifts ranging from 15% to more than 96% the speed of light. Observations with the Hubble Space Telescope show that quasars lie at the centers of galaxies and that both spirals and ellipticals can harbor quasars. The redshifts of the underlying galaxies match the redshifts of the quasars embedded in their centers, thereby proving that quasars obey the Hubble law and are at the great distances implied by their redshifts. To be noticeable at such great distances, quasars must have 10 to 100 times the luminosity of the brighter normal galaxies. Their variations show that this tremendous energy output is generated in a small volume—in some cases, in a region not much larger than our own solar system. A number of galaxies closer to us also show strong activity at their centers—activity now known to be caused by the same mechanism as the quasars.

最初に発見されたクエーサーは、恒星のように見えながら、強い電波を出していた。可視光スペクトルは初め謎に見えたが、天文学者はやがて、恒星よりはるかに大きい赤方偏移を持つと気づいた。これまでに得られたクエーサーのスペクトルの赤方偏移は、光速の15％から96％以上の後退に対応する。ハッブル宇宙望遠鏡の観測は、クエーサーが銀河の中心に位置し、渦巻銀河も楕円銀河もクエーサーを宿せることを示している。母銀河の赤方偏移は、その中心のクエーサーの赤方偏移と一致する。したがって、クエーサーはハッブルの法則に従い、その赤方偏移が示す遠い距離にあると確かめられる。そのような遠方で見えるには、クエーサーの光度は、明るい普通の銀河の10〜100倍でなければならない。明るさの変動から、この膨大なエネルギー出力は、小さな空間で生じているとわかる。場合によっては、その領域は太陽系よりそれほど大きくない。私たちにもっと近い多くの銀河も、中心で強い活動を示す。現在、その活動もクエーサーと同じ仕組みによって生じるとわかっている。