巨大な恒星質量ブラックホールは天の川銀河でこれまでに発見された中で最大のもの

科学者たちは、私たちの天の川銀河の中に、太陽のおよそ33倍の質量を持つ巨大な恒星質量ブラックホールを発見した。ガイアBH3と名付けられたこのブラックホールは、欧州宇宙機関（ESA）のガイア宇宙望遠鏡で観測されたもので、宇宙的には地球に非常に近く、わずか2,000光年しか離れていない。これは、4月16日に天文学と天体物理学の雑誌に掲載された論文で説明されている。

恒星質量ブラックホールとは何ですか?

ガイア BH3 のような恒星質量ブラックホールは、大きな恒星がガスを使い果たして崩壊するときに形成される。その質量は一般に太陽の約 10 倍である。ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡やその他の地上観測所のデータにより、その質量が太陽の 33 倍と大きいことが確認された。恒星質量ブラックホールの白鳥座 X-1 は太陽の 21 倍の質量しかないため、ガイア BH3 は「例外的」である。

しかし、どちらも私たちの銀河の中心にある超大質量ブラックホール、いて座A*と比較すると小さいと考えられています。その質量は太陽の420万倍です。いて座A*のような巨大なブラックホールは、大きな星の死によってではなく、次第に大きくなるブラックホールが合体することによって形成されます。

画期的な発見

この新たな発見は、科学者らにとって画期的な出来事と考えられている。なぜなら、このような起源の物語を持つ巨大なブラックホールが地球のこれほど近くで発見されたのは初めてだからだ。ガイア計画チームにヒントを与えた手がかりの 1 つは、ブラックホールを周回する伴星で起こっている奇妙な「揺れ」の動きだった。

ガイアBH3はわし座にあり、地球から2000光年離れたところにあり、地球から2番目に近い既知のブラックホールである。また、来年予定されている完全なデータドロップに先立ち、国際的な科学者チームがガイアの観測結果を見直していたときに、予想外の発見となった。

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「これまで発見されていなかった高質量ブラックホールが近くに潜んでいるとは誰も予想していなかった」と、フランス国立科学研究センターの一部であり、ガイアの協力メンバーでもあるパリ天文台の天文学者パスクアーレ・パヌッツォ氏は声明で述べた。「これは研究者人生で一度くらいの発見だ」

質量は豊富だが金属は乏しい

天文学者たちは天の川銀河の外側で、同様に大きなブラックホールを発見した。有力な説は、化学組成にヘリウムと水素より重い元素をあまり含まない星の崩壊によってブラックホールが形成されるのではないかというものだ。これらの星は「金属の少ない」と考えられており、生涯で失われる質量が少ないため、死後、これらの高質量ブラックホールを形成するための物質が多く残っていると考えられている。金属の少ない星と高質量ブラックホールを直接結び付ける証拠は、これらの新しい観測までなかった。

ペアで存在する星は化学組成が似ている傾向があるため、ガイア BH3 の伴星は、この星がどのようにして崩壊してこの巨大なブラックホールを形成したのかを知るための重要な手がかりを握っています。超大型望遠鏡の紫外線および可視エシェル分光器のデータから、伴星は金属が非常に乏しいことがわかりました。つまり、理論が予測したように、崩壊してガイア BH3 を形成した星も金属が乏しかったということです。

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「今回の発見の特異性のため、私たちはガイアの発表に先立ち、予備データに基づくこの論文を発表するという異例の措置を取った」と、ガイアの共同研究メンバーでもあるパリ国立科学研究センターの天文学者エリザベッタ・カフェウ氏は声明で述べた。

研究チームによると、このデータを早期に公開することで、他の天文学者はガイアの完全なデータ公開を待たずに、すぐにガイア BH3 を研究できるようになるという。宇宙望遠鏡からの完全なデータ公開は早くても 2025 年後半に予定されており、追加の観測によりブラックホールの歴史についてさらに詳しく明らかになる可能性がある。