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
Key Concepts and Summary重要事項のまとめ
Quasars and galaxies affect each other: the galaxy supplies fuel to the black hole, and the quasar heats and disrupts the gas clouds in the galaxy. The balance between these two processes probably helps explain why the black hole seems always to be about 1/200 the mass of the spherical bulge of stars that surrounds the black hole.
クエーサーと銀河は互いに影響する。銀河はブラックホールに燃料を供給し、クエーサーは銀河のガス雲を加熱して乱す。この二つの過程の釣り合いが、ブラックホールの質量が、それを取り囲む球状の恒星バルジの質量の、いつも約200分の1に見える理由を説明する助けになるのだろう。
Quasars were much more common billions of years ago than they are now, and astronomers speculate that they mark an early stage in the formation of galaxies. Quasars were more likely to be active when the universe was young and fuel for their accretion disk was more available.
クエーサーは現在よりも数十億年前にはるかに多かった。天文学者は、クエーサーが銀河形成の初期段階を示すのではないかと考えている。宇宙が若く、降着円盤の燃料を得やすかった時代には、クエーサーが活動する可能性が高かった。
Quasar activity can be re-triggered by a collision between two galaxies, which provides a new source of fuel to feed the black hole.
二つの銀河の衝突によって、ブラックホールへ供給する新しい燃料源がもたらされると、クエーサー活動が再び始まることがある。
For Further Explorationさらに探究するために
Articles記事
Carlisle, C. “The Face of a Black Hole.” Sky & Telescope (September 2019): 18. How the Event Horizon Telescope made an image of the shadow created by the event horizon of the supermassive black holes at the center of galaxy M87.
Carlisle, C.「ブラックホールの顔」（“The Face of a Black Hole”）、Sky & Telescope、2019年9月号、18頁。イベント・ホライズン・テレスコープが、銀河M87の中心にある超大質量ブラックホールの事象の地平面が作る影を、どのように画像化したかを解説する。
Klesman, A. “Glimpsing the Hearts of Galaxies.” Astronomy (March 2019): 58. On observing supermassive black holes in galaxies.
Klesman, A.「銀河の心臓を垣間見る」（“Glimpsing the Hearts of Galaxies”）、Astronomy、2019年3月号、58頁。銀河内の超大質量ブラックホールの観測について。
Kormendy, J. “Why Are There so Many Black Holes?” Astronomy (August 2016): 26. Discussion of why supermassive black holes are so common in the universe.
Kormendy, J.「なぜ、これほど多くのブラックホールがあるのか」（“Why Are There so Many Black Holes?”）、Astronomy、2016年8月号、26頁。宇宙に超大質量ブラックホールがこれほど広く存在する理由を論じる。
Kruesi, L. “Secrets of the Brightest Objects in the Universe.” Astronomy (July 2013): 24. Review of our current understanding of quasars and how they help us learn about black holes.
Kruesi, L.「宇宙で最も明るい天体の秘密」（“Secrets of the Brightest Objects in the Universe”）、Astronomy、2013年7月号、24頁。クエーサーについての理解と、それがブラックホールの研究にどう役立つかを概観する。
Nadis, S. “Exploring the Galaxy–Black Hole Connection.” Astronomy (May 2010): 28. Overview.
Nadis, S.「銀河とブラックホールの結び付きを探る」（“Exploring the Galaxy–Black Hole Connection”）、Astronomy、2010年5月号、28頁。全体を概観する記事。
Nadis, S. “Peering inside a Monster Galaxy.” Astronomy (May 2014): 24. What X-ray observations tell us about the mechanism that powers the active galaxy M87.
Nadis, S.「巨大銀河の内部をのぞく」（“Peering inside a Monster Galaxy”）、Astronomy、2014年5月号、24頁。活動銀河M87のエネルギーを生む仕組みについて、X線観測から何がわかるかを解説する。
Naeye, R. “How to Grow a Black Hole.” Astronomy (March 2021): 16. How the first supermassive black holes grew in early galaxies.
Naeye, R.「ブラックホールの育て方」（“How to Grow a Black Hole”）、Astronomy、2021年3月号、16頁。初期の銀河で、最初の超大質量ブラックホールがどのように成長したかを解説する。
Nakamoto, D. “The Enigma that is BL Lacertae.” Sky & Telescope (September 2018): 30. On the prototype object that turned out to be a blazar (a strongly accreting quasar.)
Nakamoto, D.「とかげ座BL星という謎」（“The Enigma that is BL Lacertae”）、Sky & Telescope、2018年9月号、30頁。後にブレーザー、すなわち激しく降着するクエーサーだと判明した、同種の天体の原型となる天体について。
Pacucci, F. “Early Black Holes: Distant Lights in the Darkness.” Sky & Telescope (May 2024): 20. On how JWST is discovering black holes in the early universe.
Pacucci, F.「初期のブラックホール――暗闇にある遠い光」（“Early Black Holes: Distant Lights in the Darkness”）、Sky & Telescope、2024年5月号、20頁。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が初期宇宙のブラックホールをどう発見しているかを解説する。
Peterson, B. “Solving the Quasar Puzzle.” Sky & Telescope (September 2013): 24. A review article on how we figured out that black holes were the power source for quasars, and how we view them today.
Peterson, B.「クエーサーの謎を解く」（“Solving the Quasar Puzzle”）、Sky & Telescope、2013年9月号、24頁。ブラックホールがクエーサーの動力源だとわかった経緯と、現在の捉え方を概観する記事。
Talcott, R. “60 Years of Quasars.” Astronomy (November 2023): 17. Overview of the history of learning about them and what we know today.
Talcott, R.「クエーサーの60年」（“60 Years of Quasars”）、Astronomy、2023年11月号、17頁。クエーサー研究の歴史と、現在までにわかったことを概観する。
Wanjek, C. “How Black Holes Helped Build the Universe.” Sky & Telescope (January 2007): 42. On the energy and outflow from disks around supermassive black holes; nice introduction.
Wanjek, C.「ブラックホールは宇宙づくりにどう貢献したか」（“How Black Holes Helped Build the Universe”）、Sky & Telescope、2007年1月号、42頁。超大質量ブラックホールの周囲の円盤から生じるエネルギーと流出についての、わかりやすい入門記事。
Websitesウェブサイト
Monsters in Galactic Nuclei: https://chandra.as.utexas.edu/stardate.html. An article on supermassive black holes by John Kormendy, from StarDate magazine.
銀河中心核の怪物たち（Monsters in Galactic Nuclei）：https://chandra.as.utexas.edu/stardate.html。John Kormendyによる超大質量ブラックホールの記事。StarDate誌掲載。
Quasars and Active Galactic Nuclei: https://www.astr.ua.edu/keel/agn/. An annotated gallery of images showing the wide range of activity in galaxies. There is also an introduction, a glossary, and background information, by astronomer William Keel.
クエーサーと活動銀河核（Quasars and Active Galactic Nuclei）：https://www.astr.ua.edu/keel/agn/。銀河に見られる幅広い活動を、解説付きの画像で紹介する。入門、用語集、背景の説明もある。天文学者William Keelによる。
Quasars: An Introduction on the Hubble Space Telescope site: https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/science-behind-the-discoveries/hubble-quasars/. A brief primer, with links to Hubble announcements.
クエーサー入門――ハッブル宇宙望遠鏡のサイト（Quasars: An Introduction）：https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/science-behind-the-discoveries/hubble-quasars/。短い入門解説で、ハッブルの発表へのリンクもある。
What We’ve Learned in 60 Years of Studying Quasars: https://www.astronomy.com/science/60-years-of-quasars/. A good summary article from Astronomy Magazine from 2023.
クエーサー研究の60年でわかったこと（What We’ve Learned in 60 Years of Studying Quasars）：https://www.astronomy.com/science/60-years-of-quasars/。Astronomy誌による2023年の、よくまとまった概説記事。
Videos動画
Black Hole Chaos: The Environments of the Most Supermassive Black Holes in the Universe: https://www.youtube.com/watch?v=hzSgU-3d8QY. May 2013 lecture by Dr. Belinda Wilkes and Dr. Francesca Civano of the Center for Astrophysics in the CfA Observatory Nights Lecture Series (50:14).
ブラックホールの混沌――宇宙で最も大質量なブラックホールの環境（Black Hole Chaos: The Environments of the Most Supermassive Black Holes in the Universe）：https://www.youtube.com/watch?v=hzSgU-3d8QY。天体物理学センターのBelinda Wilkes博士とFrancesca Civano博士による2013年5月の講演。CfAのObservatory Nights講演シリーズ（50分14秒）。
Hubble and Black Holes: https://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast43a/. Hubblecast video episode on black holes and active galactic nuclei (9:10).
ハッブルとブラックホール（Hubble and Black Holes）：https://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast43a/。ブラックホールと活動銀河核を扱うHubblecastの動画（9分10秒）。
Image of a Black Hole: https://www.eso.org/public/videos/eso1907a/. Video about the Event Horizon Telescope and its pioneering image of the shadow of the event horizon in the active galaxy M87 (17:34).
ブラックホールの画像（Image of a Black Hole）：https://www.eso.org/public/videos/eso1907a/。イベント・ホライズン・テレスコープと、活動銀河M87の事象の地平面の影を捉えた先駆的な画像についての動画（17分34秒）。
Inside the Black Hole Image that Made History: https://www.youtube.com/watch?v=uyMtsyzXWd4. 2019 discussion with Shep Doeleman, the leader of the Event Horizon Telescope project that made the first image of the M87 black hole (11:29).
歴史を作ったブラックホール画像の舞台裏（Inside the Black Hole Image that Made History）：https://www.youtube.com/watch?v=uyMtsyzXWd4。M87のブラックホールの初画像を作ったイベント・ホライズン・テレスコープ計画のリーダー、Shep Doelemanとの2019年の対話（11分29秒）。
Monster Black Holes: https://www.youtube.com/watch?v=LN9oYjNKBm8. Popular lecture by Professor Chung-Pei Ma of the University of California, Berkeley; part of the Silicon Valley Astronomy Lecture Series (1:18:03).
巨大ブラックホール（Monster Black Holes）：https://www.youtube.com/watch?v=LN9oYjNKBm8。カリフォルニア大学バークレー校のChung-Pei Ma教授による一般向け講演。Silicon Valley Astronomy Lecture Seriesの一つ（1時間18分3秒）。
Tour of Centaurus A: https://esahubble.org/videos/heic1110a/. HubbleCast #46: A visual guide to this relatively nearby active galaxy with a giant black hole at the center and evidence of a recent galaxy collision (4:01).
ケンタウルス座Aをめぐる（Tour of Centaurus A）：https://esahubble.org/videos/heic1110a/。HubbleCast第46回。比較的近くにあるこの活動銀河を画像で案内する。中心には巨大ブラックホールがあり、最近の銀河衝突の証拠も見られる（4分1秒）。
Tour of the Black Hole Jet in M87: https://www.youtube.com/watch?v=gxC2jpugA9g. 2020 overview of the giant black hole in the galaxy, its jet, and the X-rays coming from it, plus the image taken with the Event Horizon Telescope (3:45).
M87のブラックホールのジェットをめぐる（Tour of the Black Hole Jet in M87）：https://www.youtube.com/watch?v=gxC2jpugA9g。銀河内の巨大ブラックホール、そのジェット、そこから来るX線を、イベント・ホライズン・テレスコープの画像とともに紹介する2020年の動画（3分45秒）。
Collaborative Group Activitiesグループで取り組もう
When quasars were first discovered and the source of their great energy was unknown, some astronomers searched for evidence that quasars are much nearer to us than their redshifts imply. (That way, they would not have to produce so much energy to look as bright as they do.) One way was to find a “mismatched pair”—a quasar and a galaxy with different redshifts that lie in very nearly the same direction in the sky. Suppose you do find one and only one galaxy with a quasar very close by, and the redshift of the quasar is six times larger than that of the galaxy. Have your group discuss whether you could then conclude that the two objects are at the same distance and that redshift is not a reliable indicator of distance. Why? Suppose you found three such pairs, each with different mismatched redshifts? Suppose every galaxy has a nearby quasar with a different redshift. How would your answer change and why?
英語のヒント
クエーサーが初めて発見され、その巨大なエネルギーの源が不明だったころ、一部の天文学者は、クエーサーが赤方偏移から推測されるよりもずっと近くにある証拠を探した。近ければ、観測どおりの明るさに見えるために、それほど多くのエネルギーを生む必要はないからである。その方法の一つは、空のほぼ同じ方向にあるのに赤方偏移が異なる、クエーサーと銀河の「不釣り合いな組」を探すことだった。すぐそばにクエーサーが見える銀河を、たった一つだけ見つけたとしよう。そのクエーサーの赤方偏移は銀河の6倍だった。この二つは同じ距離にあり、赤方偏移は距離の信頼できる指標ではないと結論できるか。理由も含めて、グループで話し合おう。このような組が三つ見つかり、それぞれの組で赤方偏移が食い違っていたらどうか。どの銀河にも、異なる赤方偏移のクエーサーが近くに見つかったらどうか。答えはどう変わるか。その理由は何か。
Large ground-based telescopes typically can grant time to only one out of every four astronomers who apply for observing time. One prominent astronomer tried for several years to establish that the redshifts of quasars do not indicate their distances. At first, he was given time on the world’s largest telescope, but eventually it became clearer that quasars were just the centers of active galaxies and that their redshifts really did indicate distance. At that point, he was denied observing time by the committee of astronomers who reviewed such proposals. Suppose your group had been the committee. What decision would you have made? Why? (In general, what criteria should astronomers have for allowing astronomers whose views completely disagree with the prevailing opinion to be able to pursue their research?)
英語のヒント
地上の大型望遠鏡では通常、観測時間を申請した天文学者の4人に1人にしか時間を割り当てられない。ある著名な天文学者は数年間にわたり、クエーサーの赤方偏移は距離を示さないと立証しようとした。初めは世界最大の望遠鏡で観測時間を与えられた。しかし、やがてクエーサーは活動銀河の中心にほかならず、赤方偏移が実際に距離を示すことが、より明確になった。その時点で、観測提案を審査する天文学者の委員会は、彼への観測時間の配分を認めなかった。自分たちがその委員会だったとしよう。どのような決定を下しただろうか。それはなぜか。一般に、主流の見解と完全に異なる見解を持つ天文学者に研究を続ける機会を与える際、どのような基準を設けるべきだろうか。
Based on the information in this chapter and in Black Holes and Curved Spacetime, have your group discuss what it would be like near the event horizon of a supermassive black hole in a quasar or active galaxy. Make a list of all the reasons a trip to that region would not be good for your health. Be specific.
この章と「ブラックホールと曲がった時空」の内容に基づき、クエーサーや活動銀河の超大質量ブラックホールの事象の地平面付近が、どのような環境かを話し合おう。そこへの旅行が健康によくない理由を、考えられる限り具体的に列挙しよう。
Before we understood that the energy of quasars comes from supermassive black holes, astronomers were baffled by how such small regions could give off so much energy. A variety of models were suggested, some involving new physics or pretty “far out” ideas from current physics. Can your group come up with some areas of astronomy that you have studied in this course where we don’t yet have an explanation for something happening in the cosmos?
英語のヒント
クエーサーのエネルギーが超大質量ブラックホールに由来するとわかる前、天文学者は、それほど小さな領域がどうして莫大なエネルギーを放出できるのか、理解できずにいた。さまざまなモデルが提案され、その中には新しい物理学や、当時の物理学から見てかなり「突飛な」考えを使うものもあった。この授業で学んだ天文学の分野の中で、宇宙で起きている現象について、まだ説明がついていないものを、グループで挙げられるだろうか。