ブラックホールが中性子星を飲み込むとき、実際に何が起こるのかをシミュレーションで示す

ブラックホールと中性子星がついにぶつかり合うと、宇宙に大惨事が起こる。そして今、カリフォルニア工科大学の最新のスーパーコンピューターシミュレーションのおかげで、私たちはこの恐ろしいショー全体を最前列で見ることができるのだ。

カリフォルニア工科大学の天体物理学者エリアス・モスト率いる研究者たちは、天体物理学ジャーナル・レターズ誌に掲載された2つの新たな研究論文の中で、中性子星とブラックホールの合体について、これまでで最も詳細なシミュレーションを行った。これらの激しい現象は宇宙で最も激しいものの一つであり、今回の新たな研究は、中性子星が消滅するわずか数秒、あるいは数ミリ秒前に何が起こるかを明らかにしている。

昨年発表された論文の一つは、ブラックホールに飲み込まれる前の中性子星表面で発生する地震のシミュレーション結果を記述している。3月末に発表されたもう一つの論文は、「ブラックホールパルサー」と、その激動によって生じる巨大な衝撃波について詳細に考察している。

ブラックホールと中性子星の合体から生じるプラズマの流出を示すシミュレーション。 — 画像: Yoonsoo Kim/Caltech

チームのシミュレーションから得られた上記のスナップショットは、ブラックホールが中性子星と合体した後に、ブラックホールから外側へ放出される磁化されたプラズマの流出を示しています。ブラックホールの重力が中性子星を捕らえると、超高密度の地殻は単に伸びるだけでなく、ひび割れが生じます。

「中性子星の地殻は、地震の際の地面のように割れるでしょう」と、カリフォルニア工科大学のプレスリリースでモスト氏は述べた。「ブラックホールの重力がまず表面をずらし、星に地震と亀裂を引き起こします。」

この亀裂はアルヴェン波、つまり切れたロープのように星を横切る磁気の波紋を引き起こします。この波は高速電波バースト、つまり私たちが時折深宇宙から観測するミリ秒単位の電波閃光を発生させる可能性があります。そして、このシミュレーションは初めて、これらの震えが中性子星に宇宙にまで広がる強烈な衝撃波を発生させる様子を示しました。

ブラックホールが中性子星と合体（そして消費）する様子を示す 3 枚のシミュレーション画像シリーズ。 — ブラックホールが中性子星と合体し、それを飲み込む様子を示す3枚のシミュレーション画像。画像：エリアス・モスト/カリフォルニア工科大学

チームはその後のシミュレーションで、ブラックホールが中性子星を飲み込む際に何が起こるかをモデル化しました。その現象は、あの巨大な震えよりもさらに激しいものでした。ブラックホールの崩壊によって、宇宙で理論上最も強力なものの一つとされる衝撃波が放出されます。この衝撃波もまた、電波の沈黙前の最後の突風として、電波バースト、あるいはX線やガンマ線を放出する可能性があります。

しかし、それだけではありません。研究チームのシミュレーションでは、ブラックホールパルサーの存在も明らかになりました。これは、通常のパルサー、つまり高速で回転し宇宙に光を放つ恒星のように振る舞う、特異な天体です。その名前が示すように、ブラックホールパルサーは中心に恒星ではなくブラックホールを宿しています。