二重ブラックホールの背後に隠れた「見えない巨人」を発見

Sự hợp nhất của lỗ đen nhị phân gần một lỗ đen siêu lớn. Nguồn: SHAO

超大質量ブラックホール付近での連星ブラックホールの合体。出典：SHAO

連星ブラックホールは既に宇宙で最も謎めいた現象の一つですが、中国科学院上海天文台（SHAO）の科学者たちは最近、連星ブラックホールが単独ではない可能性を示す証拠を発見しました。一部の連星ブラックホール系は、近傍に謎の「巨大な伴星」が存在する可能性が高いと考えられています。

SHAOのWenbiao Han博士率いる研究チームは、連星ブラックホール合体イベントGW190814が、おそらく超大質量ブラックホールである第三の物体の重力の影響下で発生したという兆候を報告した。

『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に掲載されたこの研究結果は、連星ブラックホールの起源を解明する重要な手がかりを提供している。

Sự kiện sóng hấp dẫn được phát hiện bởi dự án hợp tác LIGO-Virgo-KAGRA. Nguồn: SHAO

LIGO-Virgo-KAGRA共同研究によって検出された重力波イベント。出典：SHAO

2015年以降、LIGO-Virgo-KAGRAの共同研究チームは、主に連星ブラックホールの合体に由来する100件以上の重力波イベントを検出しました。これらのイベントは宇宙物理学の理解を深める上で貢献してきましたが、その形成と進化のメカニズムは未だ完全には解明されていません。

ハン博士のチームは以前、「b-EMRI」モデルを提唱しました。これは、超大質量ブラックホールが連星ブラックホールを「捕獲」し、三層構造を形成するというシナリオを記述するものです。この構造では、連星ブラックホールのペアが超大質量ブラックホールの周りを周回し、複数の周波数帯域で重力波を放射します。このモデルはLISAのホワイトペーパーに掲載され、中国の宇宙重力波観測所の重要な研究対象として位置付けられました。それ以来、科学者たちはLIGO-Virgoのデータを用いて、超大質量ブラックホール付近における連星ブラックホールの合体の兆候を探してきました。

GW190814のデータを解析した結果、研究者たちは合体中の2つのブラックホールの質量比がほぼ10:1であることを発見しました。共著者の楊淑成博士によると、この不均衡は、2つのブラックホールがかつて三重連星系の一部であり、超大質量ブラックホールの重力相互作用によって引き寄せられていた可能性を示唆しています。別の仮説としては、活動銀河核の降着円盤内で形成され、高密度天体の重力によって合体が促進されたというものがあります。

科学者たちは、連星系ブラックホールが第三の固体天体の近くで合体すると、その天体の周りの軌道が視線方向の加速、つまり観測者の視線方向に沿った加速を生み出すと考えています。この加速はドップラー効果によって重力波の周波数を変化させ、信号に「指紋」を残します。

Ước tính tham số cho GW190814, bao gồm khối lượng của hai lỗ đen (*m*~1~ và *m*~2~), khoảng cách độ sáng (*d*~L~), gia tốc đường ngắm (*a*) và chỉ số lũy thừa (*n*~I~). Đường nét đứt biểu thị giá trị trung vị và khoảng tin cậy 90%. Biểu đồ đường đồng mức thể hiện khoảng tin cậy 50% và 90%. Nguồn: SHAO

GW190814のパラメータ推定値。2つのブラックホールの質量（*m*~1~と*m*~2~）、光度差（*d*~L~）、視線加速度（*a*）、およびべき指数（*n*~I~）。破線は中央値と90%信頼区間を示す。等高線図は50%信頼区間と90%信頼区間を示す。出典：SHAO

これを解明するために、研究チームは視線方向の加速を考慮した重力波モデルを開発し、強い信号を示す複数の事象にベイズ解析を適用した。その結果、GW190814においては、視線方向の加速モデルが孤立連星ブラックホール仮説よりも優れた性能を示したことが示された。

この加速度は約 0.002 c/s-1 (90% の信頼度、c は光速) と推定され、ベイズ係数は 58:1 となります。これは視線加速度が存在することを示す強力な証拠です。

「これは、連星ブラックホールの合体において3つ目のコンパクト天体の存在を示す初の国際的な証拠です」とハン博士は述べた。「この発見は、GW190814の連星ブラックホールが独立して形成されたのではなく、複雑なシステムの一部である可能性を示唆しており、連星ブラックホールの形成メカニズムに関する新たな視点を切り開くものです。」

将来、アインシュタイン望遠鏡、宇宙探査機コズミック・エクスプローラー、あるいはLISA、太極、天琴といった次世代の重力波検出器が運用開始されれば、科学者たちは信号の小さな変化を高精度で検出できるようになると期待しています。これは、GW190814のような事象の解読に役立ち、連星ブラックホールの形成と進化の解明に一歩近づくでしょう。

ラ・ケ（サイテック・デイリーによると）

出典: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-nguoi-khong-lo-vo-hinh-an-minh-sau-ho-den-doi/20250901102834250