宇宙線を放つブラックホールのX線ジェット
私たちの銀河で最もエネルギーの高い粒子のいくつかは、マイクロクエーサーから来ているのかもしれない。ブラックホールや中性子星が伴星から物質を吸い込み、相対論的ジェットを放つ天体だ。チベットASγ、HAWC、LHAASOといった地上の観測装置は、そのいくつかから100 TeVを超えるガンマ線を検出している。そのためマイクロクエーサーは、PeVatron(ペバトロン)の新しい種類とされている。粒子を1ペタ電子ボルト、つまり1,000兆電子ボルトまで押し上げられる加速器だ。
最初に特定されたのは、星雲W50をともなうSS 433だった。二つ目がいて座V4641(V4641 Sagittarii)だ。
ガンマ線のチャンピオン
いて座V4641は、TeVガンマ線で最も明るいマイクロクエーサーだ。そのガンマ線の輝きは最大0.8 PeVまで検出され、空の約1度にわたって広がっており、銀河のTeV源のなかでも最も「硬い」スペクトルの一つをもつ。中心には、太陽質量の6.4倍のブラックホールと太陽質量の2.9倍の伴星があり、距離は約6.2キロパーセクだ。この系は1999年に激しく爆発し、それ以来ほぼ2年ごとにフレアを起こしている。1999年のアウトバーストのあいだには電波ジェットが見られた。
ところがX線望遠鏡は、これまでおもにアウトバーストのあいだに観測してきた。そのとき中心の天体は何よりも明るく輝く。XRISM衛星は2024年に広がったX線の兆候をとらえていたが、それはアウトバーストの直後で、領域の一部だけだった。
静けさを待つ
東京大学と理化学研究所のNaomi Tsuji、INAFブレラ天文台のカテリーナ・トレゾルディ(Caterina Tresoldi)と、日本、イタリア、アメリカ、中国、カナダ、フランスなどの約40人の共同研究者は、逆の戦略を選んだ。ほかの観測装置でブラックホールが静かであることを確かめてから、2025年9月、XMM-Newton望遠鏡をガンマ線領域全体に向けた。1回30〜40キロ秒の観測を4回だ。そのとき中心の天体は、XRISMの観測時より約3桁暗かった。
視野には、活動的な恒星、白色矮星、遠くの銀河といった点源がひしめいていた。チームはそれらを隠して、広がった光を探した。
いて座V4641の領域(星印)のXMM-Newtonによるマップ。白はH.E.S.S.によるガンマ線の等高線。右は二つの新しい広がったX線源n1とs1。— 図1、Tsuji, Tresoldi et al. (2026), arXiv:2610.02966.
ジェットの軸上の二つの塊
2〜5 keVの帯域で、広がった二つの領域が際立っている。SS 433の既知の塊にならってn1(北)とs1(南)と名づけられた。連星から約23パーセクと25パーセクの位置にあり、電波ジェットの軸とおおむね一直線に並び(16°以内と10°以内)、ガンマ線の放射の内側にある。検出の有意性は、n1が20シグマ、s1が7シグマだ。n1は別々の二つの観測に現れている。
この系で数十パーセクの長さのX線ジェット構造が検出されたのは初めてだ。こうした構造は、ごく少数のX線連星でしか知られていない。
そのスペクトルはなめらかなべき乗則で、高温ガスの輝線がない。熱的なモデルの当てはまりはずっと悪い。著者らはこれをシンクロトロン放射と読む。数TeVのエネルギーをもつ電子が、磁場のなかでらせんを描いているのだ。
弱い磁場、局所的に増幅
X線とガンマ線を、同じ電子が両方を出しているとしてまとめてモデル化すると、塊のなかの磁場はわずか3〜5マイクロガウス、ガンマ線ローブのほかの場所では1〜2マイクロガウス以下となる。磁場は弱いが、局所的に増幅されている。
ここが、塊が同じくらいの距離にあるSS 433との決定的な違いだ。SS 433はガンマ線よりX線で約10倍明るく輝くが、いて座V4641は磁場が弱いため、約10分の1しか輝かない。著者らは、ジェットが平均してあまり強力でないか、周囲がより希薄なのではないかと考えている。いて座V4641は銀河面から約5度下にあるからだ。
二つの解釈がまだ残っている。塊そのものが、ジェットが衝撃波を受ける加速の現場なのかもしれないし、下流の構造なのかもしれない。このような磁場のなかで約5パーセクのあいだにPeVのエネルギーに達するには、ジェットは少なくとも光速の10分の1で動いていなければならない。電子ではなく陽子がつくる粒子である可能性も否定できない。
中心から目をそらして
著者らは、分解されていない点源がまだ寄与している可能性があり、広がって見えるのは分解能の限界のせいでもありうると注意している。チャンドラとNuSTARによる観測が予定されている。アインシュタイン・プローブ衛星による関連論文も、整合するX線構造を報告している。ほかの天文学者への彼らの助言は単純だ。静かな時期に、明るい中心から目をそらして、塊を探すこと。