ブラックホールもペアで存在するのでしょうか?これまでに発見された中で最も重い超大質量ブラックホールのペア！

アメリカの天文学者たちは、ジェミニ北望遠鏡のアーカイブデータを使用して、太陽の質量の280億倍の重さを持つ、現在までに知られている中で最も重い超大質量ブラックホールのペアを発見した。この発見は、科学者が長年の謎である「なぜ宇宙で超大質量ブラックホールの合体が起きにくいのか」を解明するのに役立つだろう。関連する論文は、The Astrophysical Journal の最新号に掲載されました。

01 最も重い超大質量ブラックホールペア

研究チームは、楕円銀河B2 0402+379にある一対の超大質量ブラックホールを分析した。これは十分に詳細に分析された唯一の超大質量ブラックホールのペアであり、2つのブラックホールはわずか24光年しか離れていない。 2つのブラックホールは非常に近いため、強力に合体する可能性があります。しかし、さらなる研究により、この2つのブラックホールは30億年以上もこの距離に留まっていたことが判明した。

論文の共著者でスタンフォード大学の物理学教授ロジャー・ロマーニ氏は、このシステムのダイナミクスと合体しなかった理由をより深く理解するため、ジェミニ北望遠鏡のアーカイブデータを参照してブラックホール付近の星の速度を決定し、そこからブラックホールのペアの合計質量は太陽の280億倍であり、これまでに測定された中で最も重いブラックホールのペアであると推測したと述べた。

研究チームは、この測定結果は、連星ブラックホール系の形成とそのホスト銀河の歴史を研究するための貴重な情報を提供するだけでなく、超大質量ブラックホール対の質量がそれらの合体を防ぐ鍵であるという長年の理論を裏付けるものでもあると述べた。

通常、より軽いブラックホールのペアを持つ銀河は、2つのブラックホールが合体できるだけの十分な恒星と質量を持っているようで、2015年には科学者が重力波によって恒星質量のブラックホールの合体を検出した。しかし、この一対のブラックホールは非常に巨大なため、その役割を果たすには大量の星とガスが必要になる。 B2 0402+379 銀河にはこれを行うのに十分な物質がないため、一対のブラックホールの合体は停滞しています。

ロマーニ氏は、数百万年のタイムスケールでこの2つのブラックホールが最終的に合体するかどうかはまだ分からないと指摘した。これらが合体した場合、結果として生じる重力波は恒星質量ブラックホールの合体よりも1億倍強力になるだろう。

02 超大質量連星ブラックホールの合体

実際、科学者たちは、複数回合体しようとしている超大質量の連星ブラックホール系を発見しており、また他の手段（主に連星ブラックホールによって引き起こされる間接的な影響を使用）によって発見された候補もいくつかある。しかし、観測の不確実性のため、これらの候補が超大質量連星ブラックホールであるかどうかについては多くの論争があります。さらに、これらの候補は地球から遠すぎるため、連星ブラックホール間の距離と合体時期を特定することがさらに困難になります。科学者たちは、2つのブラックホールの合体の結果、銀河の中心にさらに大きな超大質量ブラックホールが誕生し、それがブラックホールが成長して超大質量ブラックホールを形成する主な方法であるという点で一致している。

恒星質量の連星ブラックホールの合体と同様に、銀河の中心にある超大質量連星ブラックホールの合体も、強力な重力波放射を生み出します。 2016年、米国のレーザー干渉計重力波観測所は、2つの恒星質量のブラックホールの合体によって生成された重力波イベントGW150914を初めて直接検出し、重力波天文学の新しい時代を開きました。

2つの超大質量ブラックホールの合体によって生成される重力波の周波数は、地上の重力波検出器であるレーザー干渉計重力波観測所の検出範囲を超えています。太陽100万個分の質量を持つ超大質量連星ブラックホールの合体イベントの場合、放射される重力波の周波数はミリヘルツ帯であり、これは我が国の「天琴」や「太極」、欧州のLISAプロジェクトなど、将来の宇宙低周波重力波検出器の主な検出対象となっている。数億から数十億太陽質量に及ぶ質量を持つ連星ブラックホールの合体によって生成される重力波の周波数は極めて低く（ナノヘルツからマイクロヘルツ）、パルサータイミングアレイを通じてのみ検出できます。

03 宇宙車の事故現場

超大質量の連星ブラックホールは宇宙に数多く存在し、それらが生み出す重力波の多くは区別できないほど弱い。これらの信号の重ね合わせにより、重力波の背景ノイズが形成されます。この重力波の背景ノイズを検出することで、科学者は地球に重力波を放射している超大質量連星ブラックホールの数を推定することができます。

現在、天文学者たちはブラックホールの合体による「宇宙の自動車事故現場」を数多く観測している。このような合体は銀河が成長する主な方法です。研究によれば、巨大銀河は二次銀河の複数の合体の結果である可能性が示唆されている。合体は銀河の形状の形成にも影響を及ぼします。衝突中に銀河内のガスが圧縮され、多数の星が急速に形成され、スターバースト銀河が形成されます。

同時に、特殊な形状をした銀河も衝突の結果生じた可能性があります。たとえば、カートホイール銀河は、小さな銀河が大きな渦巻き銀河を垂直に通過した結果生じたものである可能性があります。

総合情報源：新華網、科技日報など。