天文学者たちは、銀河系の星々の間には約1億個のブラックホールが存在すると推定しているが、これまで一つも特定できていなかった。しかし、ハッブル宇宙望遠鏡は6年間にわたる綿密な観測を経て、この幻の天体の質量を精密に測定することで、星間空間を漂う孤立したブラックホールの存在を初めて直接的に証明した。これが天の川銀河にあるブラックホールだ。
この記事では、天の川銀河にある唯一のブラックホールの特徴、起源などについて詳しく説明します。
ブラックホールとは何ですか
まず、ブラックホールとは何かを理解することが重要です。ブラックホールには多くの誤解や迷信が存在するからです。ブラックホールとは、巨大な恒星が自身の重力によって崩壊する際に発生する天体現象であり、非常に高い密度と極めて強い重力を持つ空間領域を生み出します。このような状況下では、物質は体積がほぼゼロにまで圧縮され、ブラックホールの中心に無限の密度を持つ特異点が形成されます。
ブラック ホールの際立った特徴は、事象の地平線です。これは、光も他のものも逃げることができない、その周囲の想像上の境界です。 これは、この境界を越えた物体は絶望的にブラック ホールの中に閉じ込められ、空間に「穴」が現れたように見えることを意味します。
ブラックホールは光を発しないため直接見ることはできませんが、周囲の物質への影響を通してその存在を推測することができます。ブラックホールの形成過程をより深く理解するためには、他の恒星におけるブラックホールの形成過程を研究することが有効です。なぜなら、この過程は天の川銀河におけるブラックホールの起源を解明する上で非常に重要だからです。
天の川のブラックホール
これまでのところ、すべてのブラック ホールの質量は統計的に、または連星系や銀河核の相互作用を通じて推定されており、これは非常に特別な発見となっています。
新たに発見されたこの暴走ブラックホールは、天の川銀河のカリーナ・サジタリウス腕に位置し、地球から約5.000光年離れています。しかし、この発見により、地球に最も近い孤立した恒星質量ブラックホールはわずか80光年しか離れていないと推定されました。これは、太陽系に最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリがわずか4光年しか離れていないことを考えると、比較的近い距離です。恒星質量ブラックホールは伴星を持つことが多いため、このブラックホールは異例であり、宇宙におけるブラックホールについてより深く理解することの重要性を改めて示しています。
天の川銀河のブラックホールは、太陽の20倍以上の質量を持つ稀な巨大星から生まれます。このような巨大星は、天の川銀河全体の星の数の1000分の1にも満たない数です。これらの星は超新星爆発を起こし、中心部が重力によって押しつぶされてブラックホールになります。自己爆発は完全に対称的ではないため、このブラックホールは銀河の外に飛び出し、放浪ブラックホールとなる可能性があります。さらに詳しい情報については、銀河のブラックホールに関する興味深い事実をご覧ください。
ブラックホールの検出
望遠鏡では、ブラックホールは光を発しないため、撮影することはできません。しかし、ブラックホールは空間を歪ませ、その結果、恒星やその背後にある天体からの光を曲げたり増幅したりします。
そのため、ブラックホールを検出するために、地上の望遠鏡は豊かな星空や天の川の中央の膨らみの方向にある何百万もの星の明るさを監視し、巨大なブラックホールを明らかにする突然の顕著な増光を探します。 物体は私たちと星の間を通過します。
遠くの星の前を通過する前景の物体の重力によって引き起こされる空間の歪みにより、背景の星が前を通過するときにその光が一時的に曲げられ、増幅されます。天文学者は重力マイクロレンズ効果と呼ばれるこの現象を利用して、星や太陽系外惑星を研究しています。しかし、前景のブラックホールの特徴は他のマイクロレンズ現象の中でも独特であり、私たちの銀河を理解する上で極めて重要です。
ブラックホールの強い重力は、重力レンズ効果を200日以上延長させる。さらに、介在する天体が前景の恒星である場合、前景と背景の恒星からの光が一時的に混ざり合うため、観測される恒星光に一時的な色の変化が生じる可能性がある。しかし、重力マイクロレンズ現象では色の変化は観測されていない。
その後、ハッブル宇宙望遠鏡を用いてブラックホールの質量、距離、速度が測定されました。これにより、メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所のカイラシュ・サフ氏のチームは、その質量を太陽質量の約7倍と推定しました。例えば、イベントホライズンテレスコープチームが撮影したブラックホールの最初の画像に見られるように、史上初のブラックホールの画像は、これらの現象に対する私たちの理解を根本的に変革しました。
天の川銀河のブラックホールの別の説明
一方、同じくこの現象を研究したカリフォルニア大学バークレー校のケイシー・ラム氏率いる別の天文学者チームは、その質量のわずかに低い測定値を報告しており、これはこの物体がブラックホールまたは中性子星である可能性があることを意味している。はい、そうです。 私は XNUMX 番目の可能性を排除しません。
したがって、彼らはこの目に見えないコンパクト天体の質量を太陽質量の1,6倍から4,4倍の間と推定している。この範囲の上限では、その天体はブラックホールとなり、下限では中性子星となるだろう。
私たちの銀河系には推定 100 億個の孤立したブラックホールが歩き回っていますが、ハッブル天文学者にとって、そのほんのわずかなヒントでも見つけることは、干し草の山から針を探すようなものです。
「間違いなくブラックホールだと言いたいところですが、あらゆる可能性を考慮しなければなりません。これには、質量が小さいブラックホールや、もしかしたら中性子星の可能性も含まれます」と、バークレーの研究チームのジェシカ・ルー氏は説明した。「しかし、それが何であれ、この天体は、他の恒星を伴わずに天の川銀河で発見された最初の暗黒星残骸です」とラム氏は付け加えた。
別の非常に明るい星が観測対象のすぐ近くにあったため、測定値を取得することは両チームにとって困難な作業でした。 「明るい電球の隣でホタルの小さな動きを測定しようとするようなものです」とサフ氏は言う。 「微光源からの偏向を正確に測定するには、近くの明るい星からの光を慎重に差し引く必要がありました。」
サフ氏のチームは、この孤立したブラックホールが時速10万マイル（約16万キロメートル）で天の川銀河を移動していると推定している。これは地球から月まで3時間足らずで到達できるほどの速さだ。この速度は、銀河系のこの領域にある他のほとんどの近隣の恒星よりも速い。
この情報が、天の川銀河で発見されたブラックホールとその特徴についてより深く知る一助になれば幸いです。