立教大学

OBJECTIVE.

銀河の中心には超巨大ブラックホールが存在することが知られています。ブラックホールの活動による影響が、どれほどの威力で、どこまで広大な環境に及ぶのかは、銀河とその中心のブラックホールがともに成長する仕組みを理解する上で大変重要な問題であり、宇宙物理学における長年の課題でした。

東北大学、金沢大学、東京都立大学、大阪大学、東京理科大学、立教大学などの研究チームは、日本が主導して開発したX線天文衛星XRISM（クリズム）（注1）を用いて、銀河の集団の中心にある急成長中の超巨大ブラックホールとその周辺の高温ガスに着目し、その運動の精密な測定に成功しました。

その結果、ブラックホールから風のように高速で噴き出す高温ガスが、自身の銀河（半径約3万光年）を大きく超え、約30万光年先にまで広がるガスの運動を激しくかき乱していることを発見しました。その威力は従来の推定の100倍以上に達し、これまで銀河の内部に限られると考えられていた影響が、銀河の外側の広い領域にまで及ぶことが世界で初めて明らかになりました。

本研究成果は、科学誌 Nature Astronomy に2026年７月28日（英国時間）付で掲載されました。

研究の背景

図1．宇宙における銀河団（銀河の集団）から単一の銀河、その中心に存在する超巨大ブラックホールへと至る階層構造の模式図。ブラックホールは銀河の半径に比べて約1億倍以上も小さいが、銀河の中心で重要な役割を担っている。（クレジット：東北大学）

宇宙には無数の銀河が存在し、その多くの中心には太陽の100万倍以上の質量を持つ超巨大ブラックホールが潜んでいます（図1）。ブラックホールは周囲の物質を吸い込みながら、一部を高速のガスとして噴き出すことが知られており、この「ブラックホールの風」は銀河やその周囲のガスに影響を与える重要な現象と考えられています。

これまでの観測では、「ブラックホールの風」の影響は銀河内部にとどまると考えられてきました。一方で、「風」が、銀河よりも遥かに広大な規模の銀河団（銀河の集団）にまで影響を及ぼす可能性があることは理論的に指摘されていました。しかしながら銀河の外側の高温ガスは観測が難しく、十分に調べられておらず、「風」の影響がどこまで広がっているのかは観測的には未解明でした。

今回の取り組み

図2．チャンドラX線天文衛星によるH1821+643銀河団のX線画像。緑の点線は、1辺約90万光年の観測領域を示す。下図は中心領域（半径約30万光年）における鉄イオン（6.7 keV（キロ電子ボルト）など）のX線輝線のエネルギー分布で、観測データ（白）とモデル（赤）を重ねている。代表的な銀河団（ペルセウス座銀河団、紫）と比べ、線幅の広がりは顕著であり、広範囲で高温ガスの運動が激しいことがわかる。（クレジット：Yamada et al.）

今回、東北大学学際科学フロンティア研究所の山田智史助教、金沢大学理工研究域先端宇宙理工学研究センターの上田周太朗特任准教授、東北大学大学院理学研究科の野田博文准教授、東京都立大学大学院理学研究科の藤田裕教授、立教大学理学部の山田真也准教授らの研究チームは、宇宙航空研究開発機構（JAXA）が主導して開発した最新のX線天文衛星XRISMを用いて、りゅう座の方向、地球から約34億光年離れたH1821+643銀河団を観測し、中心部に位置する急成長中のブラックホール周辺にあるガスの様子を調べました。銀河団を満たす高温ガスはX線を放射しており、ブラックホールから噴き出す風の影響をX線で直接調べる初めての試みでした。鉄イオンの輝線^（注2）を解析することで、ガスの運動構造を精密に測定することができました（図2）。

図3．銀河中心に潜んでいる超巨大ブラックホールから、「爆風」が噴き出し、そのエネルギーが銀河を超えて銀河団の領域にまで到達する様子を示す概念図。超新星爆発を数十億回分以上合わせた規模に相当する莫大なエネルギーが周囲へ運ばれ、30万光年先まで広がる高温ガスが激しく運動する様子を表している。（クレジット：東北大学）

その結果、ブラックホール周辺の高温ガスは静的ではなく、乱流や大規模な流れとして広範囲で激しくかき乱されていることが明らかになりました。この運動は銀河の大きさ（半径約3万光年）を超えて広がり、約30万光年先にまで及んでいることが確認されました。さらに、このエネルギー量（約1054ジュール）は、従来の推定の100倍以上に達しました。その規模は星が一生の終わりに大爆発する超新星爆発^（注3）の数十億回分以上に相当します。驚異的な威力を持つ「爆風」により、ブラックホールは銀河を超えて広い宇宙環境にまで影響を与えていることが世界で初めて明らかになりました（図3）。