天体ジェット

天体ジェットは、イオン化物質の流出が回転軸に沿って拡張されたビームとして放出される天文現象です。^[1]ビーム内のこの大幅に加速された物質が光速に近づくと、天体ジェットは特殊相対性理論の効果を示し、相対論的ジェットになります。

天体ジェットの形成と推進は、多くの種類の高エネルギー天体源に関連する非常に複雑な現象です。それらは、降着円盤内の動的相互作用から発生する可能性があり、その活動プロセスは、ブラックホール、中性子星、パルサーなどのコンパクトな中心天体と一般的に関連しています。1つの説明は、絡み合った磁場が、中心源からわずか数度（約1%超）の角度で2つの正反対のビームを向けるように構成されているというものです。 ^[2]ジェットは、フレームドラッグと呼ばれる一般相対性理論効果によっても影響を受ける可能性があります。^[3]

最も大きく活発なジェットのほとんどは、クエーサーや電波銀河などの活動銀河の中心や銀河団内の超大質量ブラックホール（SMBH）によって生成されます。 ^[4]このようなジェットの長さは数百万パーセクを超えることがあります。^[2]ジェットを含むその他の天体には、激変星、X線連星、ガンマ線バースト（GRB）などがあります。はるかに小さなスケール（約パーセク）のジェットは、 Tタウリ型星やハービッグ・ハロー天体などの星形成領域で見つかることがあります。これらの天体は、ジェットと星間物質の相互作用によって部分的に形成されます。双極性アウトフローは、原始星、^[5]または進化したポストAGB星、惑星状星雲、双極性星雲と関連している場合もあります。

相対論的ジェットは、光速近くまで加速されたイオン化物質のビームである。そのほとんどは、活動銀河、電波銀河、クエーサーの中心ブラックホール、また銀河の恒星ブラックホール、中性子星、パルサーと観測的に関連づけられている。ビームの長さは数千、^[6]数十万^[7]または数百万パーセクに及ぶことがある。^[2]光速に近づくときのジェット速度は、特殊相対性理論の大きな影響を示す。たとえば、相対論的ビーミングによって見かけのビームの明るさが変化する。^[8]

銀河の中心にある巨大なブラックホールは最も強力なジェットを持つが、その構造と挙動はより小さな銀河の中性子星やブラックホールと似ている。これらのSMBHシステムはマイクロクエーサーと呼ばれることが多く、速度の範囲が広い。例えば、SS 433ジェットの平均速度は0.26 cである。^{[9]相対論的ジェットの形成は、最も相対論的なジェットを持つ}超相対論的現象として観測されているガンマ線バーストも説明できるかもしれない。^[10]

ジェットの構成メカニズムは不明なままであるが^{[11]、いくつかの研究では、ジェットは}原子核、電子、陽電子の電気的に中性な混合物で構成されているというモデルを支持している一方、陽電子-電子プラズマで構成されたジェットと一致している研究もある。^{[12] [13] [14]}相対論的な陽電子-電子ジェットに巻き込まれた微量原子核は、これらのより重い原子核が陽電子と電子の速度に等しい速度に達するはずなので、極めて高いエネルギーを持っていると予想される。

相対論的ジェットを発射するには膨大な量のエネルギーが必要であるため、一部のジェットは回転するブラックホールによって駆動されている可能性がある。しかし、ジェットを伴う高エネルギー天体源の頻度は、関連する降着円盤内のエネルギーと発生源からのX線放射と間接的に特定されるさまざまなメカニズムの組み合わせを示唆している。エネルギーがブラックホールから天体ジェットに伝達される仕組みを説明するために、2つの初期の理論が使用されてきた。

• ブランドフォード・ズナイエク過程^[15]この理論は、ブラックホールの回転によって引きずられねじれた降着円盤の周りの磁場からエネルギーが抽出されることを説明する。そして、磁力線の引き締めによって相対論的物質が発射される。
• ペンローズ機構^[16]。ここでは、フレームドラッグによって回転するブラックホールからエネルギーが抽出されます。これは後にレヴァ・ケイ・ウィリアムズによって理論的に相対論的な粒子エネルギーと運動量を抽出できることが証明され、^[17]その後、ジェット形成の可能性のあるメカニズムであることが示されました。^[18]この効果には、一般相対論的重力磁気論の使用が含まれます。

ジェットは自転する中性子星からも観測されることがある。一例として、銀河系でこれまでに観測された中で最大のジェットを持つパルサーIGR J11014-6103が挙げられ、その速度は光速の80% (0.8 c ) と推定されている。X線観測は行われているが、電波シグネチャも降着円盤も検出されていない。^{[19] [20]}当初、このパルサーは高速で自転していると考えられていたが、その後の測定では自転速度はわずか15.9 Hzであることが示された。^{[21] [22]}このような低速自転と降着物質の欠如は、ジェットが自転や降着によって駆動されているわけではないことを示唆しているが、パルサーの回転軸と一致し、パルサーの実際の動きに対して垂直であるように見える。

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  ジェットを含むプロピドのダイナミクスの図解
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  相対論的ジェットを示すX線画像ケンタウルスA
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  超大型干渉電波望遠鏡で電波周波数で観測された M87 ジェット(視野は上記画像よりも広く、回転しています。)
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  ハッブルレガシーアーカイブ3C 66Bの相対論的ジェットの近紫外線画像
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  ほぼ光速で移動する銀河系外物質のジェットである銀河NGC 3862 が3 時の位置に見えます。
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  空で最も高いジェットの集中度を誇るHH 24-26のジェットの一部

• 降着円盤
• 双極性障害の流出
• ブランフォード・ズナイェク過程
• ハービッグ・ハロ物体
• ペンローズ過程
• CGCG 049-033 は、地球から6億光年離れた楕円銀河で、発見された銀河の中で最も長いジェットがあることで知られています。
• ガンマ線バースト
• ソーラージェット

• NASA – 天体物理学者に聞く: ブラックホールの双極ジェット
• SPACE.com – ねじれた物理学：ブラックホールが噴出する仕組み
• Blandford, Roger; Agol, Eric; Broderick, Avery; Heyl, Jeremy; Koopmans, Leon; Lee, Hee-Won (2001). 「コンパクト オブジェクトと降着円盤」. arXiv : astro-ph/0107228v1 .
• ハッブルのビデオがブラックホールジェット内部の衝撃衝突を映し出す（記事）