宇宙で最も重いブラックホールの一つが何かのせいで飛ばされた

天文学者たちは、2億2000万光年以上離れた銀河の中心を、巨大なブラックホールが時速11万マイルの猛スピードで猛スピードで移動していると断定した。

この物体の重さを考えると、その速さは特に注目に値する。ブラックホールの質量はさまざまである。最も軽いものでは「わずか」太陽数個分の重さから始まり、太陽は太陽系全体の惑星、小惑星、彗星、塵をすべて合わせた約 500 倍の重さがある。研究者は、数十太陽質量の中程度のブラックホールの衝突による時空の振動を定期的に検出している。しかし、この巨大な物体は、太陽の 300万個分近くもある。その圧倒的な重さから、この物体は「超大質量」ブラックホールと呼ばれ、ほぼすべての銀河の中心にあり、その周囲を回転するガスと塵の混沌とし​​た渦を食らっていると研究者は考えている。

超大質量ブラックホールは、その重要性と遍在性にもかかわらず、謎に包まれたままである。天体物理学者にとって、いくつかの巨大なブラックホールは、まったくあり得ないことのように思える。宇宙が誕生してから、そのような巨大な中身を蓄積するには時間が足りないのだ。銀河が衝突して中心のブラックホールが押しつぶされると、急激な成長が起こるかもしれないが、物理学者も実際にそれが起こるかどうか確信が持てない。大きなブラックホール同士は、わずか数光年の距離に達すると非常に安定した軌道を形成する傾向があり、理論家たちは、何がこの巨大なブラックホールを十分近づけて完全に融合させるのか想像するのに苦労している。

この謎を解くために研究者が必要としているのは、合体中の 2 つの超大質量ブラックホール、あるいは合体後の状態をとらえることだ。そのため、天文学者たちは移動する巨大な物体を探し求めてきた (巨大な物体を移動させる唯一の方法は、同じ質量の物体から叩かれたり、同じ質量の物体に引き寄せられたりすることだけだからだ)。

「これらは超大質量ブラックホールの成長が進行している証拠だ」とハーバード・スミソニアン天体物理学センターの天文学者ドミニク・ペシェ氏は電子メールで述べた。

ペッシェ氏とその協力者たちは、長年の分析と観察を経て、これまでで最も有力な候補の1つを発見した。

見えないものを探す

彼らの捜索は5年前に始まりました。ブラックホール自体はその名前が示す通り暗いのですが、近くの星、雲、ガスを激しくかき回す円盤に巻き込むことでその存在を知らせます。この円盤の速度を測定できれば、中心にあるブラックホールの動きを推測することができます。

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しかし、ディスクを見るのもそれほど簡単ではないため、研究チームは特定の銀河から放射される自然のスポットライト、つまり水の「メガメーザー」を利用した。ブラックホールは乱雑に食べるもので、物質を飲み込むときに、付近の水分子を励起できるエネルギーを放出する。

水蒸気は、レーザーを生成するのと同じプロセスを使用して、そのエネルギーを可視光ではなくマイクロ波として放射します (そのため、レーザーではなくメーザーと呼ばれます)。最も明るいメーザーの 1 つであるメガメーザーは、太陽 1,000 個分の光を放ちます。

ペシェ氏とその同僚は2016年春に10個の銀河のメーザーを調査し、ある銀河ではメガメーザーの動きから中心の超大質量ブラックホールが特異な方向に傾いているように見えることが示唆されると2018年に発表した。

しかし、確実にするためには、ホスト銀河の速度を正確に把握する必要があった。彼らはプエルトリコのアレシボ電波望遠鏡とハワイのジェミニ北望遠鏡で観測時間を確保し、さらに詳しく観察した。

超大質量銀河ドラマの証拠

最近アストロフィジカルジャーナルに発表された研究結果では、ホスト銀河は確かに中心のブラックホールとは独立して動いているように見えることが確認された。他の天文学者も移動中の超大質量ブラックホールの候補を発見しているが（2017年に発見された時速470万マイルの猛スピードで移動しているブラックホールも含む）、ペッシェ氏によると、この例はこれまでで「最も具体的な事例」だという。

超大質量ブラックホールを動かすには超大質量ブラックホールが必要であるため、研究者たちは、この天体は近隣の銀河との衝突中にパートナーによって押しのけられたに違いないと考えている。また、ホスト銀河の特定の領域は奇妙な動きをしているように見え、比較的最近になって何らかの銀河ドラマが起こったという考えを裏付けている。

研究チームがまだ知らないのは、超大質量ブラックホールが衝突のどの段階にあるかだ。相手に向かって進路を切り開いているのかもしれない。相手と螺旋状にロックされているのかもしれない。あるいは合体が終わって、新たに形成された複合ブラックホールが衝突現場から遠ざかっているのかもしれない。

他の天文学者たちは、ブラックホールが移動する証拠は説得力があると考えているが、ブラックホールがどの方向に進んでいるのか詳しく知らなければ、この観測は超大質量ブラックホールが衝突によって確実に成長できることを証明するものではないと指摘している。

「著者らは非常に有望な天体を提示しているが、全体としてそれが最善のケースかどうかはわからない」と、2017年に超高速超大質量ブラックホール候補の発見に貢献したボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所の天文学者、マルコ・チアバージ氏は電子メールで述べた。「ブラックホールが『中心に向かっている途中』である可能性はまだある。つまり、ブラックホールの合体はまだ起こっていないということだ」

研究者たちは、さらなる観察によって、何が起こっているのかを正確に把握できると期待している。

「私にとって最もエキサイティングなシナリオは、その銀河が連星系ブラックホールを抱えていることが判明することです」とペッシェ氏は言う。なぜなら、そのようなブラックホールのペアは天文学者にはほとんど知られていないからだ。「そしてもちろん、ブラックホールが 2 つあると、1 つより 2 倍エキサイティングです」と同氏は付け加えた。