ブラックホールは長い間、宇宙で最も魅力的な現象の 1 つです。これらの高密度の物体は大質量星の崩壊から形成され、重力が非常に強いため、光さえもその引力から逃れることができない領域が宇宙に生じます。天文学者たちは長年にわたり、ブラックホールがどのように形成され、どのようなプロセスがブラックホールを支配しているのかを研究してきました。これに関連して、2 つのブラック ホールが互いに周回する、多数の連星ブラック ホール系が発見されています。しかし、同じ系内に 3 つのブラック ホールが存在する三重系は、最近まで推測の話題でした。
MIT やカリフォルニア工科大学などの研究機関の研究者チームは、最初のトリプル ブラック ホール システムを発見することにより、これらのシステムを理解する上で大きな一歩を踏み出しました。 Kevin Burdge と彼の同僚が主導したこの研究は最近発表され、発見された三重系とその天体物理学への影響の詳細な分析が示されています。
トリプルシステムの発見
研究チームは論文の中で、相互に周回する 3 つのブラックホールを含むシステムについて説明しています。この事実は、これらの巨大な物体がどのように形成され、どのように動作するかについてのこれまでの概念を打ち破るものです。この発見の鍵となったのは、はくちょう座 V404 として知られる連星ブラック ホール系に近い星の観察でした。この星は、低質量ブラック ホールをホストするよく研究された X 線源です。
ガイア衛星とアラジン機器からのデータを使用して、研究者らは、当初は普通の星であると考えられていた、システム内の 3 番目の天体を検出しました。しかし、その運動と特性をさらに分析すると、この 3 番目の天体は実際には別のブラック ホールであることが明らかになり、はくちょう座 V404 は既知の最初のトリプル ブラック ホール システムとなりました。この 3 番目のブラック ホールは、連星系から約 3,500 天文単位の距離にあり、これは太陽と冥王星の間の距離の 90 倍に相当します。
「ネイタルキック」の重要性
この三重系の発見は、「ネイタルキック」として知られる天体物理現象を研究するユニークな機会を提供します。この用語は、一部のブラック ホールや中性子星が、非対称超新星や星の崩壊の爆発によって形成されるときに受ける速度の向上を指します。これまで、多くのブラックホールがこれらのキックを受けて、速度や軌道が変化したと考えられていた。しかし、今回の研究では、はくちょう座V404号のブラックホールは重大な出生衝撃を受けずに形成された可能性が高いことが明らかになった。
研究者らが行ったシミュレーションでは、秒速5kmを超える衝撃があれば、3番目のブラックホールの軌道を不安定にし、系から追い出すのに十分だったであろうことが示されている。この系は無傷のままであるため、ブラックホールは超新星爆発もなく、したがって重大な衝撃もなく、直接崩壊によって形成された可能性が高い。これは、少なくとも場合によってはブラックホールがネイタルキックなしで形成される可能性があるという貴重な証拠を提供し、科学者らはブラックホールの形成に関する現在の理論を再考することになった。
V404 Cygni と階層システム
V404 Cygni は数十年にわたって研究の対象となってきましたが、このシステムが階層的な三重システムであると特定されたことで、新たな複雑さが加わりました。このタイプのシステムでは、第 3 の天体が内側のペアからかなり離れた位置を周回し、長期的に安定した構造を形成します。研究者らは、フォン・ツァイペル・リドフ・コーザイ機構がシステムの進化において重要な役割を果たした可能性があると示唆しています。これらのサイクルは、第 3 の天体と内側の対の間の重力相互作用であり、軌道の傾きと離心率に変化を引き起こす可能性があり、時間が経つにつれて、ブラック ホールとその内側の伴星が最も近い軌道に移動することにつながった可能性があります。
この発見は、階層三重系がはくちょう座V404などの低質量ブラックホール連星系の形成の主要な経路の1つである可能性を提案する理論モデルと一致している。遠方の軌道に第 3 の天体が存在すると、星系内の星間の物質移動が促進され、星の合体を引き起こすことなくブラック ホールの形成につながる可能性があります。
ブラックホールの進化への影響
この三重系の発見は、ブラック ホールの進化の理解に重要な意味を持ちます。まず、ブラックホールの形成に伝統的に関連付けられてきた激しい超新星爆発がなくても、ブラックホールは形成できることを示唆しています。これは、親星の直接の崩壊によって一部のブラックホールが形成される可能性があり、それによって物質の放出が妨げられ、安定した多体系の形成が可能になるという考えが裏付けられています。
さらに、この発見は、他のトリプル ブラック ホール システムが宇宙に隠され、発見を待っている可能性への扉を開きます。天文学者は、同様の観測および分析技術を使用して、はくちょう座 V404 のような階層システムをより積極的に探索できるようになります。これらの系がさらに発見されるにつれて、ブラック ホールの進化と二元系および三重系の形成に関する理論モデルは、この新しいデータを反映するように調整される必要があります。
ハート型の工芸品: 技術的な好奇心
V404 Cygni システムの観察中、研究者は、Pan-STARRS 望遠鏡で撮影された画像に異常な視覚的アーティファクトがあることに気づきました。さまざまな画像に繰り返し出現したこのアーティファクトは、独特のハートの形をしていました。ただし、この「心」は実際の天文現象ではなく、観測機器によって生じた光学的な歪みです。
天体画像におけるアーティファクトは非常に一般的であり、望遠鏡センサーの不規則性、画像スタッキングのエラー、撮影時の大気条件など、さまざまな要因によって発生する可能性があります。この場合、科学者たちは、この心臓アーチファクトが画像の品質に影響を与えていることを特定し、分析の精度を確保するために汚染されていない元の画像を使用することになりました。
ハート型のアーティファクトは、システム内の 3 つのブラック ホールとは関係がありませんが、研究の過程で好奇心旺盛になりました。実際、科学者たちは、この視覚的欠陥の影響を回避し、トリプル ブラック ホール システムの分析に集中できるように、積み重ねられた画像の代わりに個別の画像を使用することにしました。
参考文献
- 著者: Kevin B. Burdge、Kareem El-Badry、Erin Kara、Claude Canizares、Deepto Chakrabarty、Anna Frebel、Sarah C. Millholland、Saul Rappaport、Rob Simcoe、Andrew Vanderburg。論文のタイトル:ブラック ホール低質量 X 線連星 V404 Cygni は、幅広い階層構造のトリプルの一部であり、キックなしで形成されます。雑誌:天体物理学ジャーナル。 DOI: https://arxiv.org/abs/2404.03719 。