PowerPoint プレゼンテーション

小田先生とブラックホール
はくちょう座X-1
（Cyg X-1)
1915：アインシュタインの一般相対論
1930年代：シュワルツシルド解→ブラックホール
しかし理論家の机上の空論にとどまっていた
Swan Song：Cyg X-1 の速いX線変動の発見
ゆっくりスキャンするUhuruの視
野を横切る Cyg X-1
MITによるロケット観測
10秒
Oda et al. ApJL 166, L1 (1971)
Rappaport et al. (1971)
20秒
Cyg X-1 の正体を追い詰める
◆Oda
et al. (1971); Uhuruによる速いX線変動の発見
◆Miyamoto
et al. (1971); すだれコリメータを用いた気球観測で、
Cyg X-1 の位置を数分角に追い込む。
◆Hjellming
& Wade (1971), Braes & Miley (1971); X線で決めた位
置に電波源が出現。その位置にOB型の超巨星 HDE226868が
あった。
◆Webster
& Murdin (1972) ; および Bolton (1972); HDE226868が
5.6d 分光連星であることを発見、ドップラー測定から、X線源は
＞9M０であることを示す。
◆Mason
et al. (1974); X線でも 5.6日周期で吸収が増える時期が
ある → 同定は間違いなし。
1975頃には、Cyg X-1 をBHとみなす考えが市民権をえた。
内之浦にて、1975年頃
1977年頃、小田先生の伊豆の別荘にて
小田克郎
牧島
村上
田原
小田夫人
関(鈴木)悦子
小田先生
レビュー論文 Cyg X-1 / A Candidate of the Black Hole
Oda, M., Space Science Reviews 20, 757 (1977)
1. 光学ドップラーからCyg X-1の質量は > 9 M0 でBH と推測される
が、議論の抜け道は残る → Dotani et al. (1997) で解決
2. 主星からの星風がBHに捕獲され、降着円盤が形成される。 → 現
在でも正しい描像
3. スペクトルと強度に、２つの準安定な状態。しかしソフト状態のデー
タが乏しい。→ Dotani et al. (1997) で解決
4. X線強度は秒〜ミリ秒で準周期的に振る舞うようだ。→ 1985年の
QPOの発見や、宮本スクールの仕事を予見
5. 変動はショットの重ね合わせ。ショットの物理的な意味は？ショット
に伴うスペクトル変化は？ →根来さんの仕事
6. なぜ Cyg X-1 はランダム変動を示し、それは降着円盤のどんな物
理を反映するのか？→ 未解決
7. 他に似た系は？ → Majima et al. (1984) のGX339-4で解決
1月
☆「はくちょう」によ
る GX339-4の観測
→新たなBHC
3–6 keV counts
low/hard state
high/soft state
前島, 牧島, 松岡, 小川原,
小田, 土井, 田原
Hardness ratio
ApJ 285, 712 (1984)
100%
low/hard
state
low/hard state
10%
変動率関数
パワー
スペクトル
1%
high/soft state
0.01
0.1
1
Frequency (Hz)
10
0.01
0.1
1
Bin width (sec)
10
100
その後の発展（〜1990年代半ばま
で）
◆ ソフト状態の超軟スペクトル（GX339-4, LMC X-3,
GS2000+25; 田中、満田、海老沢、堂谷、蓬茨、牧
島、..）
 標準降着円盤の放射モデルで良く合う。

円盤の内縁半径は一定で、３Rsとみなせるので、X線
データからBH質量が推定できる。
◆ X線の速いランダム変動
(Cyg X-1, GX339-4,
GS200+25; 宮本、北本、根来、寺田、嶺重、..)
変動のパワースペクトルは特徴的な形をもつ。
 異なるエネルギーバンドの間には、周波数に依存し
た「位相遅れ」がある。
 変動の様子は、スペクトルの状態と相関する。

BH候補天体の爆発的増加
〜1995以前
108
質
量 6
（ 10
太
陽 4
比 10
）
102
100
〜1995以後
銀河中心の巨大BH
銀河中心の巨大BH
(数百〜数千個)
(数百〜数千個)
中質量BH
（数十個）
恒星質量BH(数十個)
恒星質量BH
天の川銀河近傍銀河
ガンマ線
バースト？
X線で見た銀河の例。
明るく光る点の多
くはBH候補天体。
遠方宇宙初期宇宙
さまざまな環境にさまざまなBHが実在するらしい
500
題名に “Black Hole” を含む論文
数
新しい発展
400
300
200
100
0
50
30
20
Oda et al.
(71)
40
Abstractに
“Cyg” と
“black hole”を
含む論文数
論文電子化
10
0
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
新しい発展 (1990年代後半〜)
◆BHの実在証拠
水メーザーによる巨大BHの確証（三好 et al. 95）
 活動銀河核の鉄ラインの広がり（田中、井上、..）

◆BHの形成過程の理解
ガンマ線バーストは初期宇宙でのBH形成を見ている？
 銀河中心BHの質量∝銀河バルジ質量（ハッブル望遠
鏡）

◆新種のBH候補の発見
M82の中の中質量BH（鶴、松本宏、松下聡、..）
 近傍銀河のULX（牧島、水野、久保田、嶺重、渡会.. ）

◆BHへの降着とエネルギー放出
ジェットをもつBH連星（マイクロクエーサー）の発見。
 標準降着円盤の破れ（久保田、嶺重、渡会、水野、..)
 ショットに伴うスペクトルの変化（根来、..）

代表的なBH論文のcitation
200
三好 et al. 95
水メーザー
150
宮本 et al. 91
ランダム変動
100
小田 et al. 71
50
0
田中+
柴崎 (96)
レビュー
1972
1976
1980
牧島 et al. 86
標準降着円盤
1984
1988
1992
牧島et al.
ULX (‘00)
1996
松本＋鶴
2000 M82 (‘01)
BHへの物質降着とエネルギー放出
ジェットエネルギー放出
とジェット形成
(hν≫mpc2 )
物質流入とX線放射
(hν≦mec2 )
X線
エネルギー転換
とガンマ線放射
( hν~mpc2 )
降着円盤
ガンマ線
事象の地平線
不可視領域
時空の特異点
ブラックホール
重
力
ポ
テ
ン
シ
ャ
ル
まとめ
• 小田先生の想像力に満ちた卓見により、ブラック
ホールの実証的研究が始まった。
• 日本はその中で、つねに中心的な貢献を続けて来た。
• いまブラックホールの研究は第2の黄金時代を迎え
ており、我々は一層の努力をしたい。
 相対論的効果にもとづいたBHの証拠
 BHの回転の証拠
 銀河中心の巨大BHのできかた
 ガンマ線バーストとBHの関係

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