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小田先生とブラックホール

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.

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 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。

  4. 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 田原 小田夫人 小田先生 関(鈴木)悦子 牧島 村上

  5. レビュー論文 Cyg X-1 / A Candidate of the Black Hole Oda, M., Space Science Reviews20, 757 (1977) 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 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 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

  6. 100% 10% 1% 1月 ☆「はくちょう」による GX339-4の観測→新たなBHC 前島, 牧島, 松岡, 小川原, 小田, 土井, 田原 ApJ285, 712 (1984) 3–6 keV counts low/hard state high/soft state Hardness ratio low/hard state low/hard state 変動率関数 パワー スペクトル high/soft state 0.01 0.1 1 10 Frequency (Hz) 0.01 0.1 1 10 100 Bin width (sec)

  7. 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。

  8. 銀河中心の巨大BH (数百〜数千個) 108 106 中質量BH （数十個） X線で見た銀河の例。明るく光る点の多くはBH候補天体。 104 102 100 さまざまな環境にさまざまなBHが実在するらしい BH候補天体の爆発的増加 〜1995以前 〜1995以後 銀河中心の巨大BH (数百〜数千個) 質量（太陽比） ガンマ線 バースト？ 恒星質量BH(数十個) 恒星質量BH 天の川銀河 近傍銀河 遠方宇宙 初期宇宙

  9. 50 500 40 400 30 300 20 200 10 100 0 1995 1970 1975 1980 1985 1990 2000 0 題名に “Black Hole”を含む論文数 新しい発展 論文電子化 Abstractに“Cyg”と “black hole”を含む論文数 Oda et al. (71)

  10. 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、..）

  11. 200 150 100 50 0 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 代表的なBH論文のcitation 田中+ 柴崎 (96) レビュー 三好 et al. 95 水メーザー 宮本 et al. 91 ランダム変動 小田 et al. 71 牧島 et al. 86 標準降着円盤 牧島et al. ULX (‘00) 松本＋鶴 M82 (‘01)

  12. 事象の地平線 不可視領域 時空の特異点 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 降着円盤 エネルギー転換 とガンマ線 放射 ( hν~mpc2 ) 重力ポテンシャル ガンマ線 ブラックホール

  13. 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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