アインシュタイン・プローブ、希少な「中間質量ブラックホール」を発見

中間質量ブラックホールとは何か？

中間質量ブラックホール（IMBH）とは、質量が太陽の100倍から10万倍の範囲にある天体であり、恒星質量ブラックホールと超大質量ブラックホールの間の進化上の空白を埋める存在です。これらの「ミッシングリンク（失われた鎖）」は、他のブラックホールに比べて極めて稀であり、通常は密集した星団や遠方の銀河の縁辺部で探索されています。

2025年7月2日、中国主導の Einstein Probe ミッションによって発見された EP250702a は、高エネルギー天体物理学における画期的な瞬間となりました。定期的な全天サーベイ中に、同ミッションの広視野X線望遠鏡（WXT）が、通常の宇宙現象を遥かに超える特性を持つ、急速に変化するX線源を検出しました。この事象は、後に NASAの Fermi ガンマ線宇宙望遠鏡によっても確認され、白色矮星が中間質量ブラックホールによって激しく破壊される「潮汐破壊現象（TDE）」であることが示されました。

アインシュタイン・プローブ宇宙望遠鏡の独自性とは？

Einstein Probe がユニークである理由は、その革新的な「ロブスターアイ（ロブスターの眼）」光学系にあります。これにより、広視野X線望遠鏡は広大な空の領域を高い感度で同時に監視することが可能です。この能力によって、予測不能で急速に進化するX線トランジェント（一過性天体）の検出が可能になり、複数の波長にわたる世界的な追跡観測に必要な精密な座標を提供することができます。

中国国家天文台（NAOC）のミッション科学者、Weimin Yuan 教授は、この衛星がこうした極端な瞬間を捉えるために特別に設計されたものであることを強調しました。短寿命のイベントに関するリアルタイムのデータを提供することで、Einstein Probe は国際的なチームが地上および宇宙の観測資産を迅速に転換することを可能にします。EP250702a のケースでは、追跡観測用X線望遠鏡（FXT）が20日間にわたって光源を追跡し、放射が「硬X線」から「軟X線」へとシフトするにつれて、輝度が10万分の1以下に低下する様子を観測しました。

中間質量ブラックホールと超大質量ブラックホールの違いとは？

中間質量ブラックホールと超大質量ブラックホールの違いは、その総質量と銀河内での分布にあります。IMBH の質量は太陽の100倍から10万倍ですが、超大質量ブラックホールは10万倍から数十億倍に達します。超大質量ブラックホールが巨大銀河の中心に鎮座するのに対し、IMBH はしばしば中心から外れた場所や、より小さな恒星環境で見つかります。

EP250702a の分析により、このアウトバースト（増光）は遠方の銀河の中心核ではなく、その縁辺部で発生したことが特定されました。超大質量ブラックホールがほぼ例外なくホスト銀河の中心にある重力の底を占めるのに対し、この中心から外れた位置は中間質量ブラックホールの決定的な特徴です。このフレアの最大輝度は毎秒約 3 x 10^49 エルグ に達し、より一般的な恒星質量ブラックホールのトランジェントとは一線を画す、稀な高エネルギー噴火として記録されました。

潮汐破壊現象のメカニズム

潮汐破壊現象は、恒星がブラックホールの事象の地平線に近づきすぎ、潮汐力によって引き裂かれるときに発生します。今回のケースでは、極めて高密度な白色矮星を破壊し始めるために、中間質量ブラックホールによる巨大な重力が必要でした。引き裂かれた星の物質が内側に引き込まれる際に降着円盤が形成され、相対論的ジェットが発生しました。これが、Einstein Probe と Fermi 望遠鏡によって観測された強烈なガンマ線およびX線信号を生み出したのです。

香港大学（HKU）の博士研究員である Jinhong Chen 博士が主導した計算シミュレーションにより、このモデルが裏付けられました。観測データに数値物理学を適用することで、チームはエネルギー出力と進化のタイムスケールが、中間質量ブラックホールに飲み込まれる白色矮星の挙動と極めて一致することを証明しました。この研究は、発生したジェットが、最初に世界的な天文アラートを引き起こした高エネルギー放射の要因であったことを示唆しています。

共同研究と科学的専門知識

この稀な事象の解明は、40の機関から300人以上の科学者が参加した広範な国際協力の結果です。主な貢献は、香港大学（HKU）物理学科および香港宇宙物理学研究所によるものでした。HKUの共同責任著者である Lixin Dai 教授は、20日間の観測期間中に収集された独自のデータセットを説明する上で、白色矮星と中間質量ブラックホールのモデルが最も自然な解釈であると述べています。

• 主要研究者： 香港大学（HKU）、中国国家天文台（NAOC）、マックス・プランク研究所の科学者。
• 主要機関： 中国科学技術大学、欧州宇宙機関（ESA）、フランス国立宇宙研究センター。
• データソース： X線、ガンマ線、および地上の光学望遠鏡からの統合データ。

現代天体物理学における意義

潮汐破壊現象を通じて中間質量ブラックホールを特定することは、長らく決定的な検出を逃れてきたブラックホール集団が存在する直接的な証拠となります。この発見は、ブラックホールの統計における「質量ギャップ」を埋める助けとなり、これらの天体がどのように恒星質量の種から天の川銀河の中心にあるような巨大なブラックホールへと成長するのかについて、新たな洞察を与えてくれます。また、コンパクト星の最期や相対論的ジェットの物理学を研究するための実験場ともなります。

今後の研究は、放射が硬X線から軟X線へと遷移する過程の分析に焦点を当て、降着プロセスのロードマップを作成する予定です。香港宇宙物理学研究所の所長である Bing Zhang 教授は、今回の発見がフロンティアの問題に取り組む上での国際協力の価値を強調するものだと述べました。Einstein Probe が観測を続ける中で、天文学者たちは EP250702a のような事例がさらに発見され、進化する宇宙の暗く激しい側面がより鮮明になることを期待しています。