天文学者が地球に最も近いブラックホールを発見

夜空を埋め尽くす鮮明な光の点は、肉眼ではよく見えません。太陽に次いで最も明るい星、シリウスを例に挙げましょう。十分な大きさの望遠鏡で拡大すると、シリウスは 2 つの恒星、シリウス A とシリウス B に分かれます。他の星系は 3 つ、4 つ、あるいはそれ以上の星系で形成されます。惑星が恒星の周りを回って太陽系を形成するのと同じように、恒星は互いに協力して独自の星系を形成します。

南半球の鋭い観察眼を持つ星空観察者なら、望遠鏡座にかろうじてそのような系を見つけることができるかもしれない。この取るに足らない小さな点には肉眼ではほとんど見えないが、明滅する光を分析した結果、二重星であることがわかった。現在、追跡観測により、暗闇に隠れた第3の伴星の痕跡が見つかった。太陽の4倍以上の重さがありながら検出可能な光を発していないこの目に見えない伴星は、ほぼ間違いなくブラックホールであると研究者らは水曜日の天文学と天体物理学誌に報告した。最も驚くべきことは、この系が太陽系からわずか1,000光年の距離にあり、既知のどのブラックホールよりも近いことである。この予想外の発見は、天体物理学者が長い間想定してきたことの証拠を提供している。つまり、これはブラックホール銀河であり、我々はそこに住んでいるだけである。

「近くにあるものは、どこにでも存在するはずだ」と論文の共著者でヨーロッパ南天天文台の天文学者トーマス・リヴィニウス氏は言う。

ブラックホールは、太陽の数十倍以上の質量を持つ恒星の寿命の最終段階であるため、天の川銀河全体にブラックホールが存在すると考えるのは自然なことです。理論家は、銀河の渦巻き腕全体におそらく 10 億個のブラックホールが散在していると予測しています。これは数百個の恒星に 1 個の割合です。しかし、巨大な恒星が消滅し、爆発して崩壊し、非常に密度の高い点になり、入射光線をすべて閉じ込めてしまうと、どうやって見つけるのでしょうか。

単独のブラックホールを見つけるのはほぼ不可能だが、多くのブラックホールは単独ではない。天文学者は、伴星を食べている数十の巨大なブラックホールを発見した。このプロセスにより、高温で輝くガスがブラックホールの口に落ち込むと、ブラックホールはX線で明るく輝く。

本当に暗いブラックホールは、完璧な位置にある星を引っ張る方法によってのみ、その存在を明かします。つまり、重力を感じるほど近く、食べられないほど遠い位置にある星を引っ張る方法です。リヴィニウス氏は、いくつかの恒星系が暗黒ブラックホールの存在の兆候を示していますが、確実に存在すると考えられるのはそのうちの1つか2つだけだと言います。ただし、これらの候補はすべて、数千から数万光年以上離れたところにあります。(最初に撮影されたブラックホールなど、他の多くのよく知られたブラックホールは、他の銀河系で数百万光年離れたところにあります)。

望遠鏡の暗い点に入ります。リヴィニウスの元々の興味はそれほど珍しいものではありませんでした。彼はただ、内側の星がゆっくりと回転しているのに、外側の星がほとんど自転して粉々になっている理由を知りたかったのです。

1,000光年の距離は天文学者にとってはかなり近い距離とみなされるが、ほとんどの光学望遠鏡では個々の星を実際に分解するにはまだ遠すぎるため、彼と彼の同僚は光点をさまざまな要素に分解し、特定の色がどのように変化しているかを分析した。彼らはチリのラ・シヤ天文台から4か月にわたって繰り返しこの系を調査し、内側の星が約40日ごとに前後に揺れていることを発見した。これは、少なくとも太陽の4.2倍の質量を持つ伴星と共存していることを示している。しかし、伴星が反対の揺れをグループのデータに残すはずの場所に、暗闇しかなかった。

研究者らは、目に見えない伴星が異常に暗い星であるという単純な可能性を除外した。太陽のような星が3つ、トレンチコートを着た3人の子供のようにチームを組んでいるなど、もっと突飛な可能性もあるが、可能性は低い。確実な確認には、この系の星を分離できる天文学的手法である干渉計による追跡観測が必要になるだろう。

もしこのシステムが本当に見た目通りのものであるなら、その最も際立った特徴は、それがいかにありふれたものであるかということかもしれない。つまり、私たちの銀河系の裏庭にある 2 つの普通の星とともに周回する普通のブラックホールである (1,000 光年は天の川銀河の幅の約 1 パーセントにすぎない)。天文学者はしばしば、パラダイムを破る天体、つまり最も大きく、最も明るく、最も激しい天体を探している。しかし、この 3 つ組は異なるタイプの発見である。それは、このようなシステムがいかにありふれたものであるかを示している。これは、天文学において窓の外を見るとリスが見えるのと同じことだ。

銀河には小さなブラックホールがひっそりと点在しているという理論的なイメージを裏付けるだけでなく、この3つは恒星の死を垣間見る窓としても機能している。天体物理学者らは、巨大な恒星が超新星爆発を起こすと（このブラックホールもかつてはそうしたと思われる）、衝撃波が放出され、しばしば伴星を吹き飛ばすということを認識している。モデルはこの現象を予測しており、天文学者たちは、他の方法では説明のつかない速さで銀河を飛び回る、離れている恒星を目撃している。しかし、このブラックホールは2つの伴星をなんとか留めており、放出したエネルギーの津波があらゆる方向に均等に広がったわけではないことを示唆している。

こうした暗黒ブラックホールは、おそらくまだたくさん発見されるのを待っている。研究者は、夜空を観察するだけでも、それらを見つけることができるかもしれない。「見つける方法を開発する必要があるのです」とリヴィニウス氏は言う。「既存のデータを掘り起こす必要があります」。リヴィニウス氏らが取得したデータに似た、近くの二重星系や三重星系からのデータは、天文学データベースにあふれており、キーボードさえあれば、どんな天体物理学者でもアクセスできる。