ブラックホールがジェットを噴く1〜10日前、X 線で見る円盤の内縁が縮み始めていた。富山大と名古屋大の2人が提案する「ジェット予報」

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ブラックホールは、ときどきガスの塊を光速に近い速さで撃ち出す。いつ撃つのかを前もって知る方法を、富山大学の川口俊宏さんと名古屋大学宇宙地球環境研究所の山岡和貴さんが提案した。X 線で見える降着円盤（ブラックホールの周りを回りながら落ちていくガスの円盤）の内側の縁がどう動いているかを追えば、噴出の1〜10日前に兆しがつかめるという。2人の論文は11月5日に学術誌 The Astrophysical Journal に載った。題名にある言葉は「ジェット予報」。

撃つ瞬間を待ち構えられない

舞台は、私たちの天の川銀河の中にある X 線連星だ。太陽の8〜10倍ほどの質量のブラックホールと、ふつうの恒星が組になって回っている。ブラックホールは相手の星からガスを引き込み、そのガスが円盤になって渦を巻きながら落ちていく。内側ほど熱くなり、強い X 線を出す。

こうした連星は、数か月ほどの間だけ急に明るくなる「アウトバースト」を起こす。その途中で、ブラックホールの近くからガスの塊がジェットとして撃ち出されることがある。撃ち出された塊は電波で光るので、電波望遠鏡で追いかけられる。

ブラックホールがジェットを噴く1〜10日前、X 線で見る円盤の内縁が縮み始めていた。富山大と名古屋大の2人が提案する「ジェット予報」

ジェットがどういう仕組みで、いつ、なぜ出るのかは、銀河の中心の巨大ブラックホールも含めて、まだよく分かっていない。手がかりを得るには、撃ち出す瞬間の前後をいろいろな望遠鏡でこまめに観測したい。ところが、いつ撃つのかが分からないので、観測の態勢を組むのが遅れがちになる。突発的な現象を見るために予定を割り込ませる観測は ToO 観測（Target-of-Opportunity 観測）と呼ばれるが、2025年の名古屋大学の発表によると、始めるかどうか、いつ始めるかの判断は勘に頼る状況だった。

前ぶれの候補は、これまでにも2つ知られていた。X 線の色合い（エネルギーの高い X 線と低い X 線の比）が急に変わること、そして X 線の明るさの細かなちらつきが急に小さくなることだ。ただ、どちらも「どこまで変われば撃つのか」が噴出のたびに違い、予報には使えなかった。

2025年に見つかった条件

糸口になったのは、XTE J1859+226 という X 線連星だ。1999〜2000年のアウトバーストで、約20日の間に5〜6回もジェットを撃った。山岡さんを筆頭に、川口さん、米国・イタリア・ロシアの研究者を加えた5人のグループは、当時の X 線と電波の観測データを洗い直し、2025年に Publications of the Astronomical Society of Japan（日本天文学会の欧文誌）で結果を発表した。

X 線のスペクトルを解析すると、円盤の内側の縁がブラックホールからどれだけ離れているかを見積もれる。この内縁を日ごとに追ったところ、ジェットが出たのは、内縁が十分な速さでブラックホールに近づき、さらに ISCO（最内安定円軌道）まで届いたときだった。ISCO は、物がブラックホールの周りを安定して円く回れるいちばん内側の軌道で、それより内側に入ったガスは回り続けられずに落ちていく。自転していない太陽10倍のブラックホールなら、中心から約89キロメートルのところにある。

ブラックホールがジェットを噴く1〜10日前、X 線で見る円盤の内縁が縮み始めていた。富山大と名古屋大の2人が提案する「ジェット予報」

内縁が縮むと、ちらつきの激しい高エネルギーの X 線を出す領域が小さくなり、ちらつきの少ない円盤の光が増える。だから X 線の色合いが変わり、ちらつきも小さくなる。これまでの2つの前ぶれは、内縁の動きの結果として説明がつく、というのが2人の見方だ。内縁がすでに ISCO にとどまっているときや、離れていくときには、電波はほとんど出ていなかった。

ただし、これは1つの天体での話だった。

4つの天体に、同じ前ぶれ

今回の論文では、ほかに3つの X 線連星を調べた。1998年にアウトバーストを起こした XTE J1550−564、2002〜2003年の GX 339−4、2018年に見つかった MAXI J1820+070 だ。前の2つは NASA の X 線天文衛星 RXTE のデータ、MAXI J1820+070 は国際宇宙ステーションの日本の実験棟「きぼう」に載った全天 X 線監視装置 MAXI と、同じくステーションに載る NASA の NICER のデータを使い、すでに発表されている電波の観測と並べた。

4つとも、ジェットが出る1〜10日前から、内縁の縮みとちらつきの低下が始まっていた。前ぶれが始まってから電波が強まるまでの日数は天体によって違い、XTE J1859+226 では1〜2日、MAXI J1820+070 では約2日、XTE J1550−564 では5〜10日、GX 339−4 では約10日だった。

呑み込む量は増えていなかった

ジェットの理屈として、まず思いつくのは「ガスが一気にどっと流れ込んで、その一部がはじき出される」という筋書きだ。2人は円盤の明るさと内縁の位置から、ブラックホールが1秒あたりに呑み込むガスの量を見積もり、噴出の前後でどう変わるかを調べた。

4つの天体のどれにも、噴出の前に呑み込む量が大きく跳ね上がった様子はなかった。XTE J1859+226 では、アウトバーストの間、量はおよそ30日ごとに約3分の1（e 分の1）に減るペースで、なだらかに下がり続けていた。噴出の直前に2割ほど増えているようにも見えるが、データが足りず確かなことは言えないという。さらに XTE J1859+226 と MAXI J1820+070 では、呑み込む量がエディントン限界（光の圧力と重力が釣り合う上限の目安）を下回ったままジェットが出ていた。MAXI J1820+070 では上限の10分の1以下だった。2人は、ガスの急な増加や上限を超える流れ込みを必要とするジェットの理論は考えにくい、としている。

効いていたのはガスの量ではなく、円盤の内縁の動きだった。その動きはゆっくりしていて、速くても1日に50キロメートルほど。ガスそのものが円盤の中を内へ流れる速さや、円盤が回る速さよりずっと遅い。

予報にとってもうひとつ大事なのは、どちらの指標を見張るかだ。XTE J1859+226 と XTE J1550−564 では、ちらつきと内縁の関係が曲線を描いていた。内縁が縮み始めた最初のうち、ちらつきはまだあまり下がらない。ちらつきが落ちてくるのはその後で、内縁が ISCO に落ち着いてからは、ちらつきの大きさがばらつく。つまり、ちらつきを見ていると気づくのが遅れ、しかも「どこまで下がれば撃つか」の線が引けない。内縁のほうは先に動き出し、ISCO という決まった到達点がある。

予報を出すための手順

2人が描く「ジェット予報」は、次のようなものだ。X 線の観測データから内縁の位置とちらつきを自動で出し続け、両方が下がり続けていて、内縁が ISCO にもう少しで届きそうになったら、ほかの望遠鏡に知らせを流す。内縁が縮む速さと、ISCO までの残りの距離から、噴出までの時間も見積もれる。ISCO の位置は、その天体の内縁の過去の記録や、前のジェットのときの内縁の位置から推定する。

逆の使い方もある。内縁がすでに ISCO にとどまっている間は、いったん離れてまた縮み始めるまで、しばらくジェットは出ない。そのあいだに、次の噴出に向けて別の衛星や電波望遠鏡の手配を進められる。

ブラックホールがジェットを噴く1〜10日前、X 線で見る円盤の内縁が縮み始めていた。富山大と名古屋大の2人が提案する「ジェット予報」

猶予は天体によって違う。前ぶれから噴出までが1〜2日の XTE J1859+226 では、ToO 観測をするかどうかを話し合える時間は半日ほどしかない。ほかの3つの天体なら、判断と準備にもう少し時間がとれる。

残る課題とブラックホールの自転

今回の結果は、過去のアウトバーストのデータを後から見直して得たものだ。実際に予報を出して当てたわけではない。円盤の温度が低いと内縁の位置を正確に出しにくく、MAXI J1820+070 でも MAXI のデータだけでは難しかった。そのため、円盤がさらに低温になる、より重いブラックホールでは効きにくいかもしれない、と2人は書いている。

XTE J1550−564 と GX 339−4 では、内縁がもっとも縮んだときの位置が、自転していないブラックホールの ISCO より内側にあった。ブラックホールが自転していると ISCO はもっと内側に寄る。XTE J1550−564 について、論文はブラックホールが自転している可能性と、質量を大きく見積もりすぎている可能性を挙げている。

予報が動き出せば、自転の役割も確かめられる。ジェットのエネルギーはブラックホールの自転から磁場を通じて引き出される、という有力な考え方がある。それが正しいなら、自転の遅いブラックホールは、内縁の条件を満たしても電波をほとんど出さないはずだ。何十もの X 線連星で予報と観測を突き合わせれば、自転がジェットのカギなのかどうかを確かめられる。そういう天体が1つも見つからなければ、自転を土台にしたジェットの考え方が問い直されることになる、と論文は結んでいる。

内縁がどれだけ速く縮めば撃つのか。前ぶれが噴出の何日前に始まるかは、何で決まるのか。今のデータでは答えが出ていない。予報に合わせて観測を集中させれば、もっと細かな間隔のデータがそろい、こうした問いに答えられるようになる、と2人は見ている。

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