記録的なブラックホールの衝突は、その大きさと速さで科学者に衝撃を与えました。 LIGO-Virgo-KAGRA天文台によって検出されたこのイベントでは、それぞれ太陽の100倍以上の質量を持つ2つの巨大なブラックホールが合体して、回転する宇宙の巨人を形成するのが見られました。最終的には、太陽の 225 倍以上の質量を持つブラックホールが誕生し、物理学の限界に近い速度で回転します。この発見は、これまでのブラックホールサイズの記録を破っただけでなく、ブラックホールの形成メカニズムに関する私たちの理解を覆しました。

2 つの巨大なブラックホールが深宇宙で衝突し、既存の理論を覆す究極の巨体を形成しました。科学者らは、これはこれまでに検出された中で最も大規模かつ最速で回転する合体であると述べている

LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) のコラボレーションは、重力波を使用してこれまでに記録された中で最も大規模なブラックホールの合体を検出するという画期的な発見をもたらしました。この検出は、国立科学財団（NSF）の資金援助を受けて、ハンフォードとリビングストンにあるLIGO天文台によって可能になった。合体後に形成されたブラックホールの質量は太陽の225倍以上です。 GW231123 という番号が付けられたこの信号は、2023 年 11 月 23 日に LVK ネットワークの第 4 回観測キャンペーン (O4) 中に捕捉されました。

今回合体した２つのブラックホールの質量はそれぞれ太陽の１００倍と１４０倍と推定されている。サイズが大きいだけでなく、回転速度も非常に速いです。この組み合わせにより、信号解析が非常に困難になり、これらのブラック ホールの起源が非常に複雑である可能性があることが示唆されます。

重力波は、ブラック ホールや中性子星のような巨大な物体の衝突など、高エネルギーの宇宙事象によって生成される時空の小さな波紋です。これらの波は、その源から光の速度で外側に伝わり、途中で空間を伸ばしたり縮めたりします。重力波は地球に到達するときは非常に弱いですが、重力波を生成した物体の性質、運動、構造に関する貴重な情報を運び、光エネルギーが明らかにできる以上に宇宙を観察するユニークな方法を提供します。

「これは、私たちがこれまで重力波で観測した中で最も巨大なブラックホール連星であり、ブラックホールがどのように形成されるのかを理解する上で大きな課題となっています」とカーディフ大学教授でLIGO科学協力メンバーのマーク・ハナム氏は述べた。 「この規模のブラック ホールは、星の進化の標準モデルでは禁止されています。可能性の 1 つは、この連星の 2 つのブラック ホールが、初期のより小さなブラック ホールの合体から形成されたということです。」

科学者たちは、現在のO4観測で発見された新たなブラックホール合体候補を含む、重力波を通じて約300個のブラックホール合体を観測している。 GW231123より前に、確認された最大のブラックホール連星はGW190521イベントに関連しており、その総質量は太陽の質量の「わずか」140倍という大幅に小さかった。

検出の限界を突破する

GW231123 のブラックホールの高い質量と極めて速い回転速度は、重力波検出技術と既存の理論モデルの限界を突破しました。信号から正確な情報を抽出するには、高速で回転するブラック ホールの複雑なダイナミクスを説明できる理論モデルを使用する必要があります。

ポーツマス大学のチャーリー・ホイ博士は、「ブラックホールは非常に速く回転しているようだ。アインシュタインの一般相対性理論が許容する限界に近い。このため、信号のモデル化や解釈が困難になっている。これは理論ツールの開発を進めるための優れたケーススタディだ」と説明した。

研究者は分析を改良し、このような極端な現象を説明するために使用されるモデルを改良し続けています。バーミンガム大学助教授のグレゴリオ・カルロ博士は、「学者がこの複雑なシグナル伝達パターンとその影響を完全に解明するには何年もかかるだろう」と述べた。 「最も可能性の高い説明は依然としてブラックホールの合体ですが、より複雑なシナリオがその予期せぬ特徴を解読する鍵を握っている可能性があります。エキサイティングな時代が到来しています!」

重力波天文学は新たな時代へ

米国のLIGO、イタリアのVirgo、日本のKAGRAなどの重力波検出器は、ブラックホールの合体などの激しい宇宙現象によって引き起こされる時空の小さな歪みを測定するように設計されています。 4回目の観測は2023年5月に始まり、第1段階（2024年1月まで）の結果は今夏の終わりに発表される予定だ。

カリフォルニア工科大学の博士研究員であるソフィー・ビーニー博士は、「この出来事により、私たちの計測およびデータ分析能力は現在の限界まで引き上げられました」と述べた。 「これは、私たちが重力波天文学からどれほど多くのことを学べるか、そしてどれほど多くのことがまだ発見されていないかを示す強​​力な例です。」

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