自然科学研究機構 国立天文台

ブラックホールの周りに広がる新たな「惑星」の世界

研究成果

巨大ブラックホールの周りに広がる惑星系の想像図
巨大ブラックホールの周りに広がる惑星系の想像図(クレジット:鹿児島大学) オリジナルサイズ(3.4MB)

惑星が太陽のような恒星の周りを回る天体であることは、広く知られています。恒星が誕生する時は、その周りにガスと塵(ちり)から成る原始惑星系円盤が形成され、この円盤の物質が材料となって惑星が誕生すると考えられています。太陽系や他の恒星の周りを回る惑星(太陽系外惑星)もこのようにして誕生し、その後もずっとその星の周りを回っているのです。

しかし、この常識を覆す理論を、ブラックホールと惑星形成を専門とする3人の天文学者が提案しました。鹿児島大学の和田桂一教授と塚本裕介助教、国立天文台の小久保英一郎教授から成る研究チームは、まったく新しい「惑星」の種族が銀河中心の巨大ブラックホールの周りに形成される可能性を、世界で初めて理論的に示したのです。

ブラックホールは、光ですら脱出ができないほど大きな重力を持った天体です。天の川銀河を始めとする多くの銀河の中心には、太陽の100万倍から10億倍もの質量を持つ巨大ブラックホールが存在していると考えられています。こういったブラックホールの一部には、大量のガスと塵から成る円盤を持つものが存在しています。研究チームはこのような円盤に、惑星の元となる塵が太陽の10万個分と膨大に含まれていることに着目しました。「我々は、巨大ブラックホールの周りの円盤にある塵の量で、惑星形成の条件が満たされるだろうか、という大胆な発想の転換をしました」と和田教授は語ります。

現在の惑星形成理論においては、原始惑星系円盤の低温部分ではマイクロメートルサイズの岩石の塵が氷をまとった状態で存在し、そのような塵が互いに付着しながら成長していくと考えられています。この過程で塵の塊はふわふわとした状態になり、メートルサイズまで成長します。この塊が互いに衝突したり自身の重力で収縮したりすることで密度を増しながら、やがてキロメートルサイズの微惑星へと成長します。研究チームは、このような塵の成長が巨大ブラックホール周辺の円盤でも起こっていると考えたのです。

巨大ブラックホールのごく近傍は高温のため非常に明るく光ります。しかし、その外側に位置するガスと塵から成る円盤内部は温度が低く、岩石の塵は氷をまとっていると考えられます。その場合、原始惑星系円盤と同様に、塵はふわふわとした塊に成長し、その後衝突や収縮を経て密度の大きな天体となります。さらにその後は、重力によって一気に周りの物質を集めて大きくなり、氷と岩石を主成分とする地球の10倍程度の質量を持った「惑星」へと成長することが、計算によって導かれました。「塵の成長が始まってから数億年程度で、このような『惑星』が約1万個もブラックホールの周囲に形成されることが分かったのです」と小久保教授は述べます。

こういったブラックホールの周りの「惑星」を検出する有効な観測手段は、現在は残念ながらありません。しかし今回、新しい種類の「惑星」の存在の可能性を見いだしたことで、これまでに考えられていなかったまったく新しい研究分野が開け、「惑星」の検出に向けた観測研究が進むことが期待されます。

この研究成果は、米国の天体物理学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル』に11月26日に掲載されます。

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