活動していない「見えない」ブラックホールが銀河系の外で初めて検出

Credit : ESO/L. Calçada

銀河系の外側で、「休眠中」のブラックホールが観測された。研究チームによれば、銀河系外にある活動しないブラックホールを検出・同定できたのは今回が初めてとのことだ。

昨年も同様の発見が発表されたが、こちらの発見については一部で懐疑的な見方も多かった。この新しい発見は、著者らによれば、確実なものだという。

この天体は天の川銀河からそれほど離れておらず、大マゼラン雲と呼ばれる衛星銀河の中に位置している。しかし、この発見は、今後さらにこのようなブラックホールを発見するのに役立つものであり、そして、ブラックホールの形成について、我々に新たな理解への道筋を示してくれる重要なものだ。

オランダのアムステルダム大学の天文学者Tomer Shenar氏は、「私たちのチームは、初めて、ブラックホール発見を否定するのではなく、一緒になって報告しました。我々は、干し草の山の中の針を特定したのです。」と述べている。

ブラックホールは、その極端に巨大な密度により、強大な重力場を作り出し、宇宙で最も速く進むことのできる真空を疾走する光でさえも脱出出来ないため、直接撮影することが出来ないという特性がある。

つまり、闇に包まれ、私たちが探知できるような光は発していないのです。例外は、活発に活動している時だ。この時ブラックホールは物質を吸収し、その際に周辺からX線が放射される。これを観察することでブラックホールを発見することが可能なのだ。

だが、不活性なブラックホール、または静止しているブラックホールは、ほとんど見る事が出来ない。しかし、重力によって、ブラックホールの存在が明らかになることがある。恒星質量のブラックホールが他の星との連星系にある場合、何もないように見える空間を回る伴星の軌道運動が、ブラックホールの存在を示すことがあるのだ。

しかし、すべての暗黒星雲がブラックホールであるとは限らない。最も有名な例は、これまでに発見された中で最も地球に近いとされるブラックホールだ。光量が小さく識別できないほど暗い伴星が犯人である可能性もあり、どんな選択肢も考慮しないわけにはいかない。

Shenar氏と、ハーバード&スミソニアン天体物理学センターKareem El-Badry氏、ヨーロッパ南天天文台Julia Bodensteiner氏らのチームメンバーは、こうした発見を丹念に論証してきた一人である。しかし、それは、そのようなブラックホールが存在しないと考えているわけではなく、その証拠が完璧でなければならないということなのだ。

「2年以上前から、我々はそのようなブラックホール連星系を探しています」と、Bodensteiner氏は説明する。

大マゼラン雲の中にあるタランチュラ星雲は、若くて非常に重い星が存在する星の苗床であり、彼らはこの星雲を重点的に調査した。研究者たちは、これらの若い大質量星約1,000個を詳細に調べ、連星軌道の特徴である「ゆらぎ」を探した。

2つの天体が互いに公転するとき、その重力の中心は「重心」と呼ばれる。地球と太陽のような系では、重心は太陽の中心に近いので、遠くからでは星の動きを見ることは難しいだろう。だが、もし、地球がもっと重かったら、太陽の周りを回る重心はもっとわかりやすくなるはずだ。

このような揺れ動きは、天体からの光のスペクトルで見ることができる。遠ざかるにつれて波長が長く(赤く)なり、近づくにつれて波長が短く(青く)なる

研究チームは、このようなスペクトルが変化する天体を探索し、約16万光年の距離にある、太陽の25倍の質量を持つ青白い巨大なO型星を発見した。この天体の質量を計算したところ、太陽の約9倍であることが分かった。この質量では、ブラックホールの事象の地平面の幅は、わずか27キロメートル程度にしかならない。

しかし、それは目に見えない。中性子星の質量の上限は太陽の約2.3倍なので、中性子星は除外された。研究チームが開発した暗い伴星からの光を検出する技術を用い、観測された質量で暗い伴星から予想される光をモデル化することで、揺らいだ他の星を除外することができた。

その結果、どの説明も観測データと一致しなかった。

「Tomer が彼の発見を再確認するように私に頼んだとき、私は疑いを持っていました。しかし、私は、ブラックホールを含まない、このデータに対するもっともらしい説明を見つけることができませんでした。」と、El-Badry氏は語る。

VFTS243と名付けられたこの連星は、ブラックホールがどのように形成されるかについて重要な手がかりを握っているかもしれない。科学者たちは、複数のシナリオがあると信じている。一つは、不安定な星が噴火し、その外側の物質を宇宙空間に爆発させながら、核が崩壊してブラックホールになり、火と燃料で生まれる巨大な超新星である。

もうひとつは直接崩壊で、死にかけた星が、原子核の融合によってもたらされる外向きの圧力に支えられないまま、それ自体で崩壊してしまうものだ。

「VFTS243のブラックホールを形成した星は、以前に爆発した形跡がなく、完全に崩壊したように見えます。この “直接崩壊”シナリオを証明する証拠は最近出てきていますが、私たちの研究は間違いなく最も直接的な兆候の1つを提供しています。このことは、宇宙におけるブラックホール合体の起源を考える上で、非常に大きな意味を持ちます。」とShenar氏は説明する。

彼らの発見は、今後他の天文学者によって精査されるだろう。

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この記事を書いた人

TEXAL管理人。学校の授業でMS-DOSを使っていたくらいの年代。Windows95の登場で衝撃を受け、テクノロジー業界に興味を持つ。以来ガジェット・ゲーム情報を追い続けてうん十年。大学では物理を専攻していたこともあり、物理・宇宙関係の話題も大好き。

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