最も近いブラックホールは私たちの「宇宙の裏庭」にあるのでしょうか?ガイアBH1は地球から1,600光年離れています。

連星系における通常の伴星と変異ブラックホール

最も近いブラックホールは宇宙の裏庭にある

(伴星の近くにあるブラックホール、ガイア BH1 の想像図。これはこれまで発見された中で最も地球に近いブラックホールで、ハワイのジェミニ北望遠鏡で発見されました。画像は国際ジェミニ天文台/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani より。)

恒星質量を持つブラックホールは奇妙であると同時に魅力的です。また、それらのほとんどは非常に遠くにあり、おそらく私たちの銀河系や他の銀河系全体に分布しています。 2022年11月2日、ハワイのジェミニ北望遠鏡を使用した天文学者たちは、地球に最も近いブラックホール「ガイアBH1」を発見した。ブラックホールはへびつかい座の方向に約1,600光年離れている。ここは我々から遠いところだ。しかし、これはこれまでで最も近いブラックホールです。そして、天の川銀河から見ると、それはまさに宇宙の裏庭にあるのです。

ガイアBH1: これまでに発見された最も近いブラックホール

以前、欧州宇宙機関のガイア宇宙船からのデータにより、研究者らはこの恒星系にブラックホール（ブラックホールの伴星）が存在する可能性があると示唆していた。現在、NOIRLabが運営するジェミニ北望遠鏡がこれを確認しました。ブラックホールの伴星は太陽に似た恒星で、地球と太陽との距離とほぼ同じ距離でブラックホールの周りを回っています。

ハーバード・スミソニアン天体物理学センターおよびマックス・プランク天文学研究所の天体物理学者で、論文の筆頭著者であるカリーム・エル・バドリー氏は次のように述べた。

たとえば太陽系を例にとると、太陽がある場所にブラックホールを置き、地球がある場所に太陽を置くと、このシステムが得られます。このようなシステムを検出したと主張する発見は数多くありましたが、そのほとんどはその後反証されました。これは、天の川銀河内の恒星質量ブラックホールの周りを広い軌道で周回する太陽のような恒星の初めての明確な検出である。

ブラックホールの重力は星の動きに微細な不規則性を引き起こすが、ガイアはそれを以前にも検出していた。これを念頭に置いて、ジェミニ北望遠鏡はブラックホールを周回する伴星の速度を測定した。そうすることで、軌道周期の正確な測定が可能になります。エル・バドリ氏が説明するように、ジェミニ北望遠鏡による追跡観測の機会も限られている。

この系にブラックホールが含まれているという兆候が初めて現れたとき、2つの物体が軌道上で最も接近するところまであとわずか1週間でした。この時点での測定は、連星系の正確な質量推定を行うために非常に重要です。ジェミニ北望遠鏡が短期間で観測を提供できる能力は、このプロジェクトの成功にとって非常に重要です。そのわずかな機会を逃したら、また1年待たなければなりません。

休眠中の恒星質量ブラックホール

ガイアBH1は太陽の約10倍の質量を持ち、恒星質量ブラックホールとなっている。私たちの銀河系を含む銀河の中心にあるブラックホールのような他のブラックホールは、これよりもはるかに質量が大きい可能性があります。この新しく発見されたブラックホールも休眠状態です。これは、活動的なブラックホールのようにX線を放射しなくなったことを意味します。

科学者たちは、私たちの銀河には恒星質量ブラックホールが何百万個も存在する可能性があると言っている。しかし、それらを見つけるのは難しく、確認されているのはほんのわずかです。ガイア BH1 のような伴星がある場合、最も簡単に見つけることができます。ブラックホールと星の間の高エネルギー相互作用により、ブラックホールと星の検出が容易になります。これは、星からの物質がブラックホールに渦巻くときに発生します。ブラックホールがこの物質を「摂取」すると、X線が発生し、ブラックホールの近くから物質のジェットが噴出します。

エル・バドリー氏は次のように述べています。「過去 4 年間、私はさまざまなデータセットと方法を使用して休眠中のブラックホールを探してきました。」これまでの私の試み、そして他の人たちの試みによって、ブラックホールを装った連星系が多数発見されていたが、その探索が実を結んだのは今回が初めてだった。

ジェミニ北望遠鏡による追跡観測により、この連星系には通常の恒星と少なくとも 1 つの休眠中のブラックホールが含まれていることが合理的な疑いの余地なく確認されました。少なくとも 1 つのブラックホールを含まないシステムの観測された軌道を説明できる、もっともらしい天体物理学的シナリオは見つかりません。

論文に述べられているように、研究者たちはこれらの観察に対して別の説明を見つけられなかった。ブラックホールを伴わないその軌道を説明できる、もっともらしい天体物理学的シナリオは見つからなかった。

特別なシステム

もちろん、この発見自体は興味深いものですが、天文学者たちはまだ多くの疑問を抱いています。科学者らによると、後にブラックホールとなった元の恒星は、太陽の20倍の質量があったという。もしそうなら、それは数百万年しか生きられなかったはずです。これは星としては非常に短い寿命です。しかし、この星とその伴星が同時に形成された場合、元の星は超巨星になっているはずです。そしてその過程で伴星も飲み込んでしまうだろう。しかし、伴星がまだそこに残っていることから、どうやらこれは起こらなかったようです。伴星はなんとか生き残れるでしょうか?

この伴星がまだ存在しているという事実は謎です。これは、ブラックホールの理論モデルにギャップがある可能性があることを意味します。 El Badry 氏は次のようにコメントしています。「興味深いことに、このシステムは進化の標準的な二元モデルには簡単には当てはまりません。」この連星系がどのように形成されたのか、そしてこのような休眠中のブラックホールがいくつあるのかについて、多くの疑問が生じます。

国立科学財団のジェミニ計画責任者マーティン・スティル氏は次のように付け加えた。「これは、私たちの銀河系内に眠っているブラックホールの集団が将来発見される前兆となるかもしれないが、この観測結果は解決すべき謎も残している。奇妙な隣の星と共通の歴史を持っているにもかかわらず、なぜこの連星系の伴星はこれほど普通ののか？」

著者:ポール・スコット・アンダーソン

FY: 光になりたい

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