アーカイブされた望遠鏡データの利用 ジェミニノース、天文学者たちは、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を測定しました。 2つの超大質量ブラックホールの合体は、長い間予測されてきたが、観測されたことのない現象である。この巨大なペアは、なぜそのような出来事が宇宙で起こりそうもないのかについての手がかりを提供します。
ほぼすべての大質量銀河の中心には超大質量ブラック ホールが存在します。 2 つの銀河が合体すると、それらのブラック ホールはバイナリ ペアを形成する可能性があります。つまり、互いに結合した軌道上に存在します。これらのバイナリペアは時間の経過とともに融合する運命にあると仮説が立てられていますが、これは観測されたことはありません。そのような出来事が可能かどうかという問題は、天文学者の間で数十年にわたって議論されてきたテーマである。
天文学者らは、国立物理学研究所のNOIRLabが運営するジェミニ国際天文台の半分であるハワイのジェミニ北望遠鏡からのデータを使用して、楕円銀河B2 0402+379にある超大質量連星ブラックホールを分析した。これは、両方の天体を別々に観察できるほど詳細に観察された唯一の超大質量連星ブラック ホールであり、わずか 24 光年という直接測定された最短距離の記録を保持しています。このような近い距離は強力な合併を予感させる一方で、さらなる調査により、両者は億年以上もこの距離に留まっていたことが明らかになり、「遅れの理由は何なのか?」という疑問が生じた。
この星系のダイナミクスとその行き詰まった合体をより深く理解するために、研究チームは、ジェミニ北多天体分光器 (GMOS) からのアーカイブ データに注目しました。これにより、ブラック ホール付近の星の速度を決定することができました。
スタンフォード大学の物理学教授で論文の共著者であるロジャー・ロマーニ氏は、「GMOSの驚くべき感度のおかげで、星が銀河の中心に近づくにつれての速度の増加をマッピングすることができた」と述べた。 「このおかげで、そこに存在するブラックホールの総質量について結論を出すことができました。」
研究チームは、この連星ブラックホールの質量は太陽の28億倍であると推定しており、このペアはこれまでに測定された中で最も重い連星ブラックホールとなる。この測定は、連星系の形成とその母体銀河の歴史について貴重な背景を提供するだけでなく、超大質量連星ブラックホールの質量が潜在的な合体を阻止する上で重要な役割を果たしているという長年の理論を裏付けるものでもある。
「ジェミニ国際天文台のデータアーカイブには、未開発の科学的発見の宝庫が含まれています」とジェミニ国際天文台のNSFプログラムディレクター、マーティン・スティル氏は述べた。 「この超大質量連星ブラックホールの質量の測定は、この豊富なアーカイブを調査する新しい研究の潜在的な影響を示す顕著な例です。」
この連星がどのように形成されたかを理解することは、この連星が合体するかどうか、いつ合体するかを予測するのに役立ちます。いくつかの手がかりは、この対が複数の銀河の合体によって形成されたことを示しています。まず、B2 0402+379 は「化石銀河団」、つまり銀河団全体の星とガスが合体して つの巨大な銀河になった結果です。さらに、 つの超大質量ブラック ホールの存在は、それらを合わせた大きな質量と組み合わせると、それらが異なる銀河からのいくつかの小さなブラック ホールの合体によって形成されたことを示唆しています。
銀河の合体後、超大質量ブラックホールは正面衝突しません。代わりに、それらはお互いを通り過ぎて飛行し始め、限られた軌道に落ち着きます。通過するたびに、エネルギーがブラックホールから周囲の星に伝達されます。エネルギーを失ったペアは、距離が数光年になるまでどんどん近づき、そこで重力放射線が引き継いで融合します。このプロセスは、恒星質量ブラックホールのペアで直接観察されており、最初のケースは重力波の検出のおかげで 2015 年に記録されましたが、連星超大質量系ではこれまで観察されていませんでした。
この系の非常に大きな質量に関する新たな知識をもとに、研究チームは連星系の軌道を十分に遅くしてそれらを近づけるには非常に多くの星が必要であると結論づけた。その過程で、ブラックホールは周囲のほとんどすべての物質を放出し、銀河の中心には星やガスがなくなったようです。両社の軌道をさらに減速させる材料がなくなったため、両社の合併は最終段階で行き詰まった。
「軽いブラックホールのペアを持つ銀河には、通常、すぐに近づくのに十分な星と質量があるようです」とロマニ氏は言う。 「このペアは非常に重いので、仕事を終えるにはたくさんの星とガスが必要です。しかし、この連星は中心銀河からそのような物質を取り除き、銀河を凍結させて我々の研究に利用できるようにした。」
それらが停滞を克服し、最終的には数百万年後に合体するのか、それとも永遠に軌道の辺獄に留まるのかはまだ分からない。そ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によって生成される重力波よりも100億倍強力になります。
このペアは別の銀河合体によってこの最終距離を克服できる可能性があり、その場合、銀河系に追加の物質、あるいはおそらく第2のブラックホールが吹き込まれ、合体するのに十分なほどペアの軌道が遅くなるだろう。しかし、B0402 379+ が化石クラスターであることを考えると、新たな銀河の合体は起こりそうにありません。
「我々はB2 0402+379の核の更なる研究を楽しみにしており、そこにどれだけのガスが含まれているかが分かるだろう」とスタンフォード大学大学院生で論文の筆頭著者であるティルス・サーティ氏は語った。 「これにより、超大質量ブラックホールが時間の経過とともに合体する可能性があるのか、それとも連星系として残るのかについて、より多くの洞察が得られるでしょう。」
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