インドの天文学者、ブラックホール活動の周期を4回記録した初の電波銀河を特定

4世代のジェットを持つ巨大銀河

約420万光年にわたって広がる銀河には、中心にある超大質量ブラックホールをめぐる活動が4回にわたり起きた証拠が残されている。宇宙のエンジンが停止し、再び動き出す様子を示す、天文学者にとって異例に長い記録だ。

インド科学教育研究大学プネ校（IISER Pune）と国立電波天体物理学センター（NCRA-TIFR）の研究者らは、S字形の銀河J023721.13-010528.5で、明るい電波構造のペアを4組特定した。それぞれのペアは異なる世代のジェットに関連している。ジェットは、ブラックホール周辺から放出される高エネルギー粒子の強力な流れだ。

研究チームによると、こうした活動が4回起きた証拠が見つかった電波銀河は、これが初めてだという。天文学者がこれまで研究してきた数万の電波銀河の大半では、ジェットの活動期は大規模なものが1回観測されている。活動期が3回あった証拠が確認されていた銀河は、これまでわずか6つだった。

研究は、IISER Puneの博士課程学生パヴァン・カデカル氏が主導し、NCRA-TIFRのダラム・ビル・ラル氏とIISER Puneのラマナ・アトレヤ氏が指導した。研究成果は2026年10月21日付で学術誌「The Astrophysical Journal」に掲載されたと発表された。

ブラックホールの活動周期とは

超大質量ブラックホールの質量は、太陽の数百万倍から数十億倍に及ぶことがある。その周囲に集まった物質は、高温で回転する流れを形成する場合がある。周辺領域で放出されるエネルギーの一部が、母銀河の目に見える本体をはるかに越えて進むジェットを生み出す。

天文学者は、こうした活動に伴う構造が電波波長で強く輝く銀河を「電波銀河」と呼ぶ。電波望遠鏡はその電波を捉え、可視光で撮影した通常の写真では見えないことがある構造を明らかにする。

ジェットは、勢いが弱まるまで数百万年にわたって活動を続けることがある。その後、活動が再開すれば新たな一対のジェットが放出され、古い構造が遠方に残っている間に新しい構造が生まれる。こうして銀河には複数世代の活動の痕跡が同時に残ることがある。風景に次々と刻まれた跡が異なる時期の出来事をとどめるのと似ている。

J023721.13-010528.5で中心となる発見は、同じ系に4世代の構造が存在することだ。これらの活動期を通じてブラックホール自体はその場にあり、変化するのは周囲の物質に伴う活動と、それによって生み出されるジェットだ。

銀河の歴史をどう復元したのか

カデカル氏らは、インドの巨大メートル波電波望遠鏡（GMRT）、米国の超大型電波干渉計（Very Large Array）、南アフリカのMeerKAT望遠鏡による観測を組み合わせた。これにより、銀河の広大な電波構造を調べ、異なる活動期に結びつく構造を見分けることができた。

重要な証拠となったのは、ホットスポットのペアが4組見つかったことだ。ホットスポットとはジェットに関連する明るい領域で、多くの場合、高速の流れが周囲の物質にエネルギーを伝える場所にあたる。こうした領域を手掛かりに、天文学者はジェットがどのように進み、周囲の環境と相互作用してきたかをたどることができる。

4組のペアとは、明るい領域が8つあり、関連するもの同士で4組に分けられるということだ。ペアとして捉えることが重要なのは、ジェットが中心領域から通常は反対方向に噴き出すためだ。研究者らは、4組の構造を、1回の活動が続いたものではなく、それぞれ別の世代の証拠と解釈した。

ラル氏が主張したにもかかわらず、アトレヤ氏は当初、この銀河が4回目の活動期に入ったという見方に確信を持てなかったという。説得力のある証拠を取り出すまでには時間がかかったと同氏は話した。こうした慎重な検証が発見の要となった。4世代目を特定するには、観測された構造がどのようにつながるかを示す必要があった。

数百万年単位でたどる歴史

ホットスポットの各世代に関連する推定年齢は、約600万年から2100万年に及ぶ。研究者らはまた、最新の活動期が数百万年前に始まったと推定している。これらの推定は、人間の一生の間に変化を観測したものではなく、銀河の電波放射から復元した歴史を示している。

大まかな流れは次の通りだ。

• 約2100万年前：観測されたジェットの世代に関連する推定年齢のうち、最も古い時期。
• 約600万年前：推定年齢のうち、最も新しい時期。
• 数百万年前：4回目にして最新の活動期が始まったとみられる時期。
• 2026年10月21日：「The Astrophysical Journal」で研究成果が発表された日。

示された年齢の範囲は、古い時期と新しい時期の間でおよそ1500万年に及ぶ。この数字は記録の長さを実感させるものだが、研究者らは活動が再開した時期や、その間にあった休止期間のすべてを網羅した年表は示していない。

天文学者は、電波構造の物理的特性や、その進化を示すモデルを用いて年齢を推定する。高エネルギー粒子は、電波を放射しながら移動する過程で変化し、電波信号に手掛かりを残す。こうして得られる年齢は推定値であり、この変遷は数百万年単位で捉えるのが適切だ。

4回の活動期がこの銀河を異例にしている理由

J023721.13-010528.5は、天文学者が3回分でさえめったにたどれなかった種類の歴史に、4つ目の章を加えた。3回の活動期が確認されていた6つの銀河は、活動が繰り返される例を示していた。この天体は、観測された活動の連続にもう1世代を加える。

銀河の規模も、この記録を際立たせている。1光年は光が1年間に進む距離だ。そのため420万光年の広がりを横切るには、光でも約420万年かかる。ここで示されている大きさは、巨大な銀河とその電波構造の広がりを指す。

S字形の見た目も、観測された構造の特徴の一つだ。研究では、複数のホットスポットのペアとともにこの形が特定されたが、発見についての報告では、曲がりの原因は明らかになっていない。形状の説明と活動周期の復元は関連する課題であり、電波構造の配置を詳しく調べる必要がある。

この研究の価値は、同じ中心エンジンの周囲に連続する活動期の痕跡が残されている点にある。研究者らは、同じ母銀河と周辺環境を共有する一つの銀河の中で各世代を比較できる。異なる天体同士の比較だけに頼る必要はない。

ジェットは弱まるのか、短くなるのか

研究者らは、活動が繰り返されるたびにジェットの出力が弱まる、活動期間が短くなる、あるいはその両方が起こる可能性を示している。活動の再開が一度しか見えない銀河に比べ、4世代のジェットがあるこの銀河では、その可能性を調べる機会が多い。

出力と期間は異なるものを表す。出力の弱いジェットは、エネルギーをよりゆっくり供給する。活動期間が短ければ、エネルギーを供給する時間が短くなる。どちらの変化も残される構造に影響しうる一方、周囲のガスもジェットの広がり方や弱まり方を左右する。

この見方は、活動が繰り返される中でブラックホールからの出力がどう変化するかに関するものだ。この発見により、古い痕跡と新しい構造を比較しながら、そのパターンを調べられる天体が得られた。

活動が繰り返し停止し、再開する理由はまだ分かっていない。中心領域に流れ込む物質がジェットを生み出す過程を支えているため、その供給の変化は周期を理解するうえで重要だ。この銀河で何が起きたのかを明らかにするには、電波構造と周辺環境のさらなる研究が必要となる。

3つの観測所がとらえた一つの記録

この発見には、3大陸にある観測施設のデータが持ち寄られた。異なる電波観測を組み合わせることで、明るくコンパクトな構造と、さらに淡い広がった電波放射の両方を調べられる。複数世代の活動を持つ銀河の歴史を復元するには、こうした古い痕跡を見つけることが欠かせない。

研究を主導したIISER Puneの博士課程研究者カデカル氏は、観測データを利用できたことが調査を支えたと述べた。

「多くの電波望遠鏡は、世界中の研究者にデータを無償で提供しています。観測所のこうした協力的な理念によって、より包括的な調査が可能になり、データを効率的に活用できます。同じ観測データを使って、異なる研究者がそれぞれの着想を探ることができるのです」とカデカル氏は述べた。

GMRT、超大型電波干渉計、MeerKATの観測を組み合わせたことは、こうした取り組みの一例だ。ある研究のために収集された電波観測データに、別の研究に役立つ証拠が含まれていることもある。ほかのデータと照らし合わせて初めて重要性が分かる淡い構造も、その一つだ。

類似した銀河をさらに研究すれば、活動が繰り返される頻度や、後期のジェットが弱まったり短くなったりすることが一般的かどうかを明らかにできるかもしれない。現時点でJ023721.13-010528.5は、調査できる4世代の構造を備えた貴重な例であり、ブラックホール活動の反復について、これまで知られていた例より長い歴史を示している。

要点

• IISER PuneとNCRA-TIFRの研究者らは、ブラックホール活動が別々に4回起きた証拠を持つ初の電波銀河を特定した。
• S字形の銀河J023721.13-010528.5は、約420万光年にわたって広がる。
• ホットスポットのペア4組が異なる世代のジェットをたどる手掛かりとなり、推定年齢は600万年から2100万年に及ぶ。
• 最新の活動期は数百万年前に始まったとみられる。
• 研究チームは、インドのGMRT、米国の超大型電波干渉計、南アフリカのMeerKAT望遠鏡による観測を組み合わせた。
• 研究者らは、活動が繰り返されるたびにジェットが弱まるか、活動期間が短くなる可能性を示している。活動が繰り返し停止し、再開する原因はまだ分かっていない。