これまでで最も近い位置にあるブラックホールが発見された

この度、研究者らによって、地球に最も近い新たな2つのブラックホールが発見された。これらのブラックホールは、欧州宇宙機関(ESA)のガイア衛星によって収集されたデータから発見された。

このブラックホールは、「Gaia BH1」と「Gaia BH2」と名付けられ、これまでのブラックホールとは異なるカテゴリーに属する物である可能性があるとのことだ。

Gaia BH1は、おひつじ座の方向に地球からたったの1,560光年の位置にあり、Gaia BH2は、りゅうこつ座の方向、3,800光年の位置にある。これら2つのブラックホールは、宇宙的には地球のすぐ近くに存在しするご近所さんと言える。両ブラックホールとも天の川銀河に属し、太陽の10倍程度の質量があると言う。

これらのブラックホールが地球に近いだけでなく、それらが囲む恒星の距離が以前に観測された他のブラックホールと比べて遥かに遠いことも注目すべき点だ。一般的に、X線連星と呼ばれる通常のブラックホール-伴星系は、高エネルギーのX線および電波放射線で明るくなる。これにより、エネルギーを放出していないブラックホールよりも見つけやすくなるのだ。Gaia BH1とGaia BH2は完全に暗いため、検出しにくく、伴星に与える重力の影響によって発見された。

この発見は、ガイア衛星が数十億の星の位置と運動を正確に測定することができるため可能となったのだ。この星の動きを正確に追跡することで、他の星、軌道上の惑星、およびブラックホールからの重力の影響を示唆している。

この発見は、『Monthly Notices of the Royal Astronomical Society』の論文で詳しく説明されている。今後のデータダンプでより多くのブラックホールを発見を試みる予定とのことだ。それにより、宇宙に広く分布するブラックホールの連星系が実際に一般的であることが示唆される。それらを検出することは困難であることが課題となる。しかし、ESAのガイア衛星による観測は、このような隠れたブラックホールを発見するための有力な手段となっている。2025年に公開される予定の次のデータでは、66か月にわたる観測に基づいたより詳細な情報が提供される予定だ。

Gaia BH1とGaia BH2の発見により、広い軌道を持つブラックホールの連星系の存在が示唆され、その形成過程に関する理論が必要であることが明らかになった。これらのブラックホールは、伴星が放出する星風の形で多数の粒子を放出しているにもかかわらず、非常に少ない粒子しか受け取っていないことがわかっている。これにより、ブラックホールの食欲についての理解を深めることが出来るだろう。

これらの発見は、地球に最も近いブラックホールの位置や、広い軌道を持つブラックホール-伴星系が宇宙にどのように広く分布しているかについての我々の理解を変えるかも知れない。今後、より多くの宇宙観測が行われることで、我々は宇宙の最も深い秘密をさらに解き明かすことができるだろう。

論文

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: A red giant orbiting a black hole

参考文献

ESA: Gaia discovers a new family of black holes
via Live Science: New type of black hole found lurking in Earth’s ‘cosmic backyard’ is closest ever discovered

研究の要旨

我々は、Gaia DR3から得られた休眠ブラックホール(BH)候補の分光学的および測光学的な追跡調査について報告する。この系はGaia BH2と呼ばれ、約1M⊙の赤色巨星と、BHである可能性が非常に高い質量M2=8.9±0.3M⊙の暗い伴星を含んでいる。軌道周期はPorb=1277dで、これまでに研究されたBH連星よりもはるかに長い。7ヶ月に渡る半径方向速度(RV)の追跡調査は、軌道のRV範囲の90%以上に及び、Gaia解と非常に良く一致した。紫外線イメージングと高分解能光学スペクトルにより、この軌道を説明できるような明るい伴星は除外された。この星は、明るく(G=12.3)、わずかに金属に乏しい(【Fe/H】=-0.22)低光度巨星(Teff=4600K; R=7.8R⊙; log[g/(cms-2)]=2.6 )である。連星の軌道は中程度の偏心(e = 0.52)である。巨人は[α/Fe]=+0.26とα元素で増強されているが、この系のガラクトセントリック軌道は薄い円盤の典型的な軌道である。この天体のX線と電波による非検出は、地平線での降着率がBondi-Hoyle-Lyttleton率よりもずっと低いというBH降着モデルを支持するものであった。距離1.16 kpcのGaia BH2は、Gaia BH1に次いで2番目に近いBHとして知られています。その軌道は、Gaia BH1 の軌道と同様に、共通のエンベロープ進化によって形成されたにしては広すぎるようだ。Gaia BH1とBH2の軌道周期は、Gaia DR3の感度曲線の反対側の端にあり、おそらく広いBHバイナリーの固有周期分布が二峰性であることを示唆している。Gaia BH1 と Gaia BH2 のような休眠状態の BH バイナリーは、X 線に明るい近傍の同系列の天体よりも数が多いのだが、その形成経路はまだ不明だ。