宇宙竜巻「トルネード」（上図(a)）は、さそり座の方向にあり、太陽系からの距離が約4万光年、広がりは約110光年の天体です。1960年の発見以来、この正体を巡って「エキゾチックな超新星残骸」「遠方の巨大ブラックホールが放出するジェット」「高速回転する中性子星」など様々な説が提案されてきました。

2011年のX線天文衛星「すざく」による観測で、「トルネード」の両端から温度・形状・大きさがほぼ等しい「双子プラズマ」が検出されました。双子プラズマの起源は次のように解釈されました。まず「トルネード」の中心にある回転ブラックホールに大量のガスが降り注ぎます。その一部が高エネルギー粒子の双極ジェットとして放出され、らせん状の電波源が形成しました。双極ジェットは周囲の星間雲と衝突し、両先端に「双子プラズマ」が生まれました。

しかし、「トルネード」の形成時期にどのようにしてブラックホールが一時的にジェットを噴出したかはわかっていませんでした。現在、「トルネード」を作り出したとされるブラックホールは、ジェットの噴出などの活動がみられないためです。そのため、「トルネード」の正体は論争が続いていました。

本研究チームは、「トルネード」周辺の星間物質の分布・運動を詳細に調べる目的で、電波望遠鏡を用いた観測研究を2009年から続けていました。過去の観測では「トルネード」両側に分子雲があることを確認していました。さらに今回、研究チームは国立天文台野辺山45メートル電波望遠鏡を用いて、「トルネード」周辺領域の分子が放射するスペクトル線の観測を行いました。

野辺山45メートル電波望遠鏡の観測では、「トルネード」方向に二つの分子雲を検出しました。一方は、これまでも知られていた分子雲（以下、分子雲A）で、もう一方は今回初めて検出した分子雲（以下、分子雲B）です。分子雲AとBの質量を見積もると、それぞれ太陽の30万倍と6万倍の質量でした。　観測結果によると分子雲Aは銀河系の回転運動とほぼ同じ運動をしています。一方、分子雲Bは銀河系の回転からやや外れた運動をしていました。さらに、分子雲AとBの形状と、これらの速度差が毎秒約20キロメートルという大きな値であることを考え併せると、分子雲AとBは過去に激しい衝突を起こしたことが推測されます。

「トルネード」と分子雲が同じ場所にあるならば、相互作用の証拠があるはずだと考えた研究チームは、アメリカ国立電波天文台の電波干渉計で取得された観測データを解析しました。すると「トルネード」と分子雲AとBを含む領域で、衝撃波に特徴的なスペクトル線を確認しました。以上の電波望遠鏡による観測結果をまとめると、「トルネード」と分子雲A, Bとが激しく衝突していること、分子雲中に衝撃波が発生していることがわかります。このことから、次のような「トルネード」の形成過程が描き出されます。

1. (1)銀河系内で回転運動をしている分子雲Aに、回転からやや外れた運動をしている分子雲Bが衝突。
2. (2)分子雲A内で発生した衝撃波の後方で形成した高密度層がブラックホールを高速で通過。
3. (3)その際、一時的にブラックホールへ流れ込む物質の量が増加。
4. (4)ブラックホールに落ち込む物質が作る円盤から双極ジェットが発生し「トルネード」を形成。トルネードは周囲の分子雲と衝突し、双子プラズマが発生。
   
   

このシナリオはこれまでに集められた「トルネード」の周辺のX線や電波の観測結果を説明できるだけでなく、ブラックホールが一時的にジェットを噴出し、かつ現在はジェットを噴出していない理由も説明できます。上記の過程で「トルネード」が形成されたとすると、双子プラズマの熱エネルギーを説明するために、少なくとも質量が太陽の20倍以上のブラックホールが必要という計算になります（下図）。

＜参照＞
本研究成果は、8月20日発行の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』に掲載される予定です。
Millimeter-wave Molecular Line Observations of the Tornado Nebula

＜リンク＞
国立天文台野辺山45m電波望遠鏡      http://www.nro.nao.ac.jp/~nro45mrt/html/
慶應義塾大学理工学部 岡朋治研究室     http://aysheaia.phys.keio.ac.jp/