観測史上最大のブラックホール合体による重力波を検出!

Credit: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

2019年5月21日に重力波観測装置LIGOとVirgoによってとらえられた重力波イベント「GW190521」が、これまで観測された中で最も大きなブラックホール連星によるものであることが分かりました。

GW190521では、太陽質量の約85倍のブラックホールと約66倍のブラックホールの連星が合体し、太陽の約142倍のブラックホールが形成されました。合体前の質量の和と比べると、合体後のブラックホールは太陽の8倍分の質量が減っています。その分が重力波のエネルギーに変換されました。

ブラックホールには、ほとんどの銀河中心に存在する超巨大ブラックホールと、大質量星が超新星爆発の際に重力崩壊してできる恒星質量ブラックホールがあります。超巨大ブラックホールの質量は太陽の数十万倍から数十億倍ほど。一方の恒星質量ブラックホールの質量は太陽の数倍から数十倍です。

恒星質量ブラックホールと超巨大ブラックホールの間、太陽の100倍から10万倍の質量を持つものは「中間質量ブラックホール」と呼ばれています。中間質量ブラックホールについての決定的な観測はこれまでありませんでした。GW190521の合体後のブラックホールは、中間質量ブラックホールの質量の範囲に含まれます。このような中間質量ブラックホールが検出されたのは初めてです。

また理論的には太陽質量の約65倍から120倍のブラックホールは、重力崩壊ではできないと考えられています。GW190521の合体前の大きい方のブラックホールは、重力崩壊ではできないはずのブラックホールなのです。

より小さなブラックホールどうしが合体してできたブラックホールが、今回さらに合体したのかもしれません。そのような多重合体が生じるには、十分な数のブラックホールが近くに存在する必要があります。そのような環境としては、星が密集している星団や、活動銀河核の円盤などが考えられています。

重いブラックホールどうしの合体(GW190521)の数値シミュレーション。Credit: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

(参照)LIGO Scientific Collaboration(リンク先で「Japanese」をクリックすると、発表の要約の日本語版(PDF)を見ることができます)、LIGO Lab

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