TON618とは

TON 618 (Tonantzintla 618 の略) は、金環星座とかみのけ座の境界付近に位置する超光度、広吸収線、電波大のクェーサーであり、ライマンアルファの塊[2]である。 400億M☉という、これまでに発見された中で最も大質量のブラックホールを持つ[3]。

観測の歴史

クェーサーは1963年まで認識されていなかったため[4]、1957年に天の川銀河の平面から離れたところにある暗い青い星（主に白色矮星）の調査で初めて指摘されたときには、この天体の性質は不明であった。メキシコのトナンツィントラ天文台の0.7mシュミット望遠鏡で撮影された写真版では、「明らかに紫色」に見え、メキシコの天文学者ブラウリオ・イリアルテとエンリケ・チャビラによって、トナンツィントラ・カタログのエントリーナンバー618として掲載された[5]。

1970年、イタリアのボローニャで行われた電波探査で、TON 618からの電波放射が発見され、クェーサーであることが示された[6]。その後、マリー＝ヘレーネ・ウルリッヒがマクドナルド天文台でTON 618の光学スペクトルを取得し、クェーサーに典型的な輝線を示した。その高い赤方偏移から、ウルリッヒはTON 618が非常に遠くにあり、それゆえ知られている中で最も明るいクェーサーの一つであると推測した[7]。

構成要素

超大質量ブラックホール

TON 618とフェニックスAのブラックホールの事象の地平線の大きさの比較。比較のために、海王星の軌道（白い楕円）も含まれている。
クェーサーであるTON618は、銀河系の中心にある活動銀河核と考えられており、そのエンジンは降着円盤の中で高温のガスや物質を食べている超巨大ブラックホールである。クエーサーから発せられる光は、108億年前のものと推定されている。中心部のクエーサーの輝きのため、周囲の銀河はクエーサーに隠れてしまい、地球からは見えない。絶対等級は-30.7で、4×1040ワット、つまり太陽の140兆倍もの明るさで輝いており、既知の宇宙で最も明るい天体の一つである[1]。

他のクェーサーと同様に、TON 618 は、降着円盤よりもずっと外側の、広線領域にある冷たいガスからの輝線を含むスペクトルを持っている。シェマーと共著者たちは、降着率、ひいては中心ブラックホールの質量を直接測定するために、TON 618を含む少なくとも29個のクェーサーのHβスペクトル線の幅を計算するために、NVとCIVの両方の輝線を使った[3]。

TON 618のスペクトルの輝線は、ガスが非常に高速で移動していることを示す、異常に広いことが発見された[7]。TON 618の全幅半値幅は、29個のクェーサーの中で最大であり、Hβ線の直接測定によって、10,500km/sの速度で物質が侵入していることを示唆し、非常に強い重力の力を示している。 [この測定から、TON 618の中心ブラックホールの質量は、少なくとも400億太陽質量[3]である。これは、このような天体で記録された中で最も高い質量の一つと考えられており、大マゼラン雲の全ての星を合わせた質量（100億太陽質量）の4倍以上[9]、天の川の中心ブラックホールであるいて座A*の15,300倍以上である。この質量のブラックホールは、シュヴァルツシルト半径が1,300天文単位（約3,900億km、直径0.04ly）で、海王星から太陽までの距離の40倍以上である。

ライマンα星雲のコンピュータシミュレーションによるクローズアップ。TON 618 にも同様のガス雲が存在する。
TON 618 がライマン・アルファ星雲であることは、少なくとも1980年代からよく知られていた[12]。ライマン・アルファ星雲は、中性水素が放つ特殊な波長であるライマン・アルファ線（波長121.567 nm、真空紫外）を顕著に放出していることが特徴である。しかし、このような天体は、ライマン・アルファ線が地球大気の空気に強く吸収されるという性質があるため、研究が非常に困難であることが判明しており、同定されたライマン・アルファ放射天体は、赤方偏移が高いために遠い宇宙の天体に限られている。TON 618は、その高い赤方偏移とともに、ライマンアルファ放射の明るい放出によって、ライマンアルファの森の研究において最も重要な天体の一つとなっている[13]。

2021年にアタカマ大型ミリ波干渉計（ALMA）によって行われた観測は、TON 618のライマンアルファ放射の明らかな光源を明らかにした。

LABは、ガスの巨大な集まり、あるいは星雲であり、ライマンアルファ放出天体としても分類される。これらの銀河系サイズの巨大な雲は、存在することが知られている星雲の中でも最大級のものであり、2000年代に確認されたLABのいくつかは、少なくとも数十万光年の大きさに達している[14]。

TON 618の場合、それを取り囲む巨大なライマンアルファ星雲の直径は、少なくとも100キロパーセク（33万光年）で、天の川の2倍の大きさである[2]。この星雲は2つの部分から構成されている：内側の分子流出と、その銀河系外媒質の広範な冷たい分子ガスで、それぞれ500億M☉の質量を持ち[2]、その両方が中心のクエーサーによって生成された電波ジェットに整列している。クェーサーとLABはどちらも現代の銀河の前駆体であるため、TON 618とその巨大なLABの観測は、大質量銀河の進化の過程[2]、特にイオン化と初期の発達を探るための洞察を与えた。