大マゼラン雲のガンマ線連星 LMC P3 の、見えないジェットの跡が冷たいガスに残っていた

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天の川銀河のすぐ隣にある小さな銀河、大マゼラン雲。その中に、ガンマ線をとびきり強く出している二重星「LMC P3」がある。名古屋大学と岐阜大学を中心とするチームが、チリのアルマ望遠鏡でこの星のまわりのガスを調べたところ、星の方向にまっすぐそろった、細長い分子ガスの筋が見つかった。チームは、星から噴き出した目に見えないジェットがガスを押し固め、温めた跡だと考えている。成果は10月29日付（日本時間30日）で、アメリカの天文学誌 The Astrophysical Journal Letters に載った。

ガンマ線を出す二重星の、2つの説明

LMC P3 は、太陽の何十倍も重い O型星という青白い大きな星と、ブラックホールか中性子星のどちらかと考えられている小さく重い天体（コンパクト天体）が、ペアで回っている連星だ。超新星爆発の跡（超新星残骸）「DEM L241」の中にある。ガンマ線は光の中で一番エネルギーの高いものだが、それを出す連星はこれまでに全天で6つしか見つかっていない。LMC P3 はその中で一番明るく、天の川銀河の外で見つかった初めての例でもある。

ガンマ線の明るさは約10.3日の周期で上がり下がりしていて、2つの星が回る周期と同期している。ただ、どうやってそれほどのエネルギーを生み出しているのかは、はっきりしていなかった。

説明の候補は2つある。1つは、O型星から吹き出すガスの風と、コンパクト天体から吹き出す風がぶつかり合い、その衝撃で粒子が加速されるという考え方。プレスリリースによると、これまではこちらの、中性子星の風が原因だとする説が有力だった。もう1つは、O型星のガスがコンパクト天体に吸い寄せられて円盤（降着円盤）を作り、そこから光の速さに近いジェットが噴き出すという考え方だ。後者の仕組みを持つ天体は「マイクロクエーサー」と呼ばれる。銀河の中心にある巨大ブラックホールがジェットを噴く「クエーサー」の、小型版という意味の名前だ。

大マゼラン雲のガンマ線連星 LMC P3 の、見えないジェットの跡が冷たいガスに残っていた

天の川銀河の中では、マイクロクエーサーは20個ほど知られている。そのほとんどは、天の川の円盤から少し外れた、ちりの少ない方向で見つかってきた（マイクロクエーサーの仕組みについては、銀河中心の巨大ブレーザーと同じ仕組みが、1万2,000光年先の小さなブラックホールで回っていたでも取り上げた）。LMC P3 は、仕組みの部品はマイクロクエーサーに似ているのに、そうだと確かめる証拠がなかった。

アルマが見た、星を指さす分子ガスの筋

論文の筆頭著者は名古屋大学の福井康雄名誉教授。岐阜大学の佐野栄俊准教授、ブヴァナ・ガディケレ・ラジェンドラ研究員、柘植紀節特任助教らを含む20人のチームだ。観測は2022年の8月から9月にかけて、アルマ望遠鏡のうち口径7mのアンテナを中心にした小型の組（アタカマ・コンパクト・アレイ）で行われた。

大マゼラン雲のガンマ線連星 LMC P3 の、見えないジェットの跡が冷たいガスに残っていた

チームが見たのは、一酸化炭素（CO）の分子が出す電波だ。星が生まれる材料になる冷たいガスの雲（分子雲）は、主成分の水素分子が電波をほとんど出さないので、一緒に含まれる一酸化炭素の電波を目印にして調べる。

LMC P3 の北、約10パーセク（33光年ほど）のところには、もともと分子雲がある。その手前で、ふつうの分子雲とは少しだけ違う速さで動くガスを拾い出すと、長さ8パーセク（約26光年）、幅1パーセク（約3光年）の細長い筋が浮かび上がった。筋はまっすぐで、延長すると LMC P3 にぴたりと向かう。少し向きのずれた（約16度）、もう1本の筋の候補も見つかった。

筋の温度も測られた。一酸化炭素の電波は、出す電波の種類ごとの強さの比から、ガスの温度を見積もれる。筋の部分は33〜60K（およそマイナス240〜マイナス213℃）で、そばの分子雲の約15Kよりはっきり高かった。大マゼラン雲で、余計な熱をもらっていない分子雲は15〜16Kくらいが普通だという。それに、筋の近くにはガスを光で温めるような明るい星が見当たらない。

ジェットは見えず、跡だけが残っていた

ここで面白いのは、肝心のジェットそのものは、電波でもX線でもガンマ線でもまだとらえられていないことだ。論文は、いまの観測の感度では見えなくても不思議はないとしている。見つかったのはジェットではなく、ジェットに押されてできた冷たいガスの筋だった。

チームの考えはこうだ。LMC P3 から噴き出したジェットが、まわりのガスに突っ込む。ジェットの通り道に沿って筒のような形に衝撃波が広がり、ガスが押し固められて温まる。それが、ジェットに沿って伸びた、温かい分子ガスの筋として残った。ジェットがまわりの薄いガスと出会うとこういう筋ができることは、以前からコンピューターの計算（磁場とガスの動きを同時に解くシミュレーション）で予想されていて、今回の形はそれとよく合うという。

大マゼラン雲のガンマ線連星 LMC P3 の、見えないジェットの跡が冷たいガスに残っていた

ジェットが光の速さの1%で進んだとすると、長さ8パーセクの筋ができるまでに30万年ほどかかる計算になる。一方、温まった分子ガスが冷えるのにかかる時間は1万年ほどとされる。筋の北側のほうが南側より温度が高いのは、北側がより最近に温められたからかもしれない、と論文は書いている。

筋があるということは、LMC P3 がジェットを噴いている、つまりコンパクト天体のまわりに降着円盤があるということになる。チームはエネルギーの帳尻も確かめた。O型星は少なくとも1年に太陽の100万分の1ほどの質量を風として失っていて、それがコンパクト天体に落ち込むと、ガンマ線の明るさの6万倍ほどのエネルギーが出る。そのうち1万分の1がガンマ線になれば、観測された明るさをまかなえる。プレスリリースは、ジェットの強さは天の川銀河で最も強いジェットを持つ天体として知られる SS 433 に匹敵するとし、筋の向きから考えるとコンパクト天体は太陽の2.2倍より重く、ブラックホールである可能性が高まったとしている。

冷たいガスで、マイクロクエーサーを探す

分子ガスの「ジェット」がマイクロクエーサーと結びつけられたのは、天の川銀河のガンマ線源 HESS J1023-575 に続いて2例目だと論文は書く。HESS J1023-575 も LMC P3 も、まわりにガスがたっぷりある場所にある。逆に、SS 433 は天の川の円盤から少し外れていてガスが薄く、その周辺では、ひと続きの筋ではなく、ばらばらのガスの塊しかできていない。円盤からさらに離れた V4641 Sgr では、分子ガスの筋も塊も見つかっていない。ジェットの跡が分子ガスに残るには、まわりに濃いガスが必要らしい。

プレスリリースによると、X線やガンマ線で見える高いエネルギーの現象は、1万年もたたないうちに変わってしまうことが多い。それに対して、分子ガスの筋は100万年以上も過去の活動を記録する「宇宙の化石」になるという。ジェットがいま弱まっていても、過去に噴いていた跡を冷たいガスの側から読み取れるということだ。これまでマイクロクエーサーが見つかりにくかった天の川の円盤の、ちりやガスの濃い方向でも、一酸化炭素の電波なら探しにいける。

マイクロクエーサーは、宇宙線（宇宙を飛び交う高いエネルギーの粒子）を生み出す場所の候補としても注目されている。プレスリリースは、LMC P3 が大マゼラン雲で最も強い宇宙線の源とみられるとしている。ただ、今回見つかった筋は1本で、もう1本は候補の段階だ。ジェットの向きが首振りのように変わっているのか、反対の南側にも筋があるのかは、アルマのより細かい観測で確かめていくという。

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宇宙・天文
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