アインシュタインが予言した重力波が2015年に初めて検出されて以来、天体物理学者たちは、重力波背景、つまり宇宙を横切るこれらの時空のさざ波の累積的なうねりについて考え続けてきた。
背景探査に携わる天体物理学者が、古代の超大質量ブラックホールを嗅ぎ分けるモデルを開発しました。このモデルは、ブラックホールの形成と進化の仕組みを解明するのに役立つ可能性があります。この研究は、アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に掲載されました。
ブラックホールは、光でさえその近傍から逃れられないほどの強力な重力を持つ、巨大で高密度の天体であり、数多く存在します。最近の研究では、観測可能な宇宙には40京個のブラックホールが潜んでいると推定されていますが、それらがどのようにして超大質量ブラックホールへと成長するのかは依然として謎に包まれています。
重力波背景放射が役に立つかもしれません。ブラックホールと中性子星のような他の巨大な天体が相互作用すると、宇宙船が揺さぶられ、宇宙全体に広がる重力波が発生します。
これらの波は、レーザー干渉計重力波観測所（LIGO）などの地上観測所によって捉えられ、鏡とレーザー光を用いて、ほとんど目に見えないこの波紋を検出します。LIGO-Virgo-KAGRA共同研究グループは、感度を向上させて先月運用を再開しました。
「私たちの銀河系とその近傍の銀河系における超大質量ブラックホールの質量については、非常に正確な測定値が得られています」と、コロラド大学ボルダー校の天体物理学者でこの研究の著者であるジョセフ・サイモン氏は、大学の発表で述べた。「より遠くの銀河系については、同様の測定値が得られていません。推測するしかありません。」
最近の研究では、サイモン氏は宇宙最大の銀河のおおよそのブラックホールの質量を計算し、それらの銀河が作り出す可能性のある重力波背景をモデル化した。
このモデルは、以前の研究よりも数十億年前に多くの大型銀河が存在すると予測しており、古代のブラックホールがこれまでの予想よりも速く成長した可能性があることを示唆している。
これほど巨大な銀河を形成するには、ブラックホールが非常に巨大でなければならなかったはずであり、この発見は天体物理学者のブラックホールの進化に関する考え方を一変させるだろう。この結果はモデルから得られたものであり、現実世界の観測によって解明が進むだろう。
ブラックホールの進化における厄介な謎の一つは、中間質量ブラックホールの少なさです。恒星質量ブラックホールは定期的に観測され、超大質量ブラックホール（太陽の数十億倍の質量）は銀河の中心に潜んでいますが、中間質量ブラックホールは…なかなか現れません。
超大質量はブラックホールの最大値ではありません。私たちの天の川銀河の中心にある超大質量ブラックホール、いて座A*は、太陽の400万倍の質量を持っています。しかし、今年初め、天体物理学者たちは太陽の300億倍の質量を持つブラックホールを発見し、「超大質量」ブラックホールに分類しました。NASAによると、これは太陽の100億倍以上の質量を持つブラックホールです。
観測可能な宇宙には無数のブラックホールが存在するが、小さな天体と非常に大きな天体の間には大きな隔たりがあるため、古代の超大質量ブラックホールの質量を正確に測定することで、これらの謎めいたコンパクトな天体がどのように成長するのかを説明するのに役立つ可能性がある。
「宇宙にはかなり初期の頃からかなり質量の大きい物体が存在していたことが、様々な情報源から明らかになりつつあります」とサイモン氏は述べた。サイモン氏は、重力波背景放射の探査に取り組む北米ナノヘルツ重力波観測所（NANOGrav）の一員である。
重力波の探査は、深宇宙で高速回転するパルサーから地球上の観測所に到達する光の時間を計測することで行われます。パルサーは回転しながら光を発するため、天文学者はパルサーを宇宙の灯台（重力波の海というアナロジーを援用）として利用することができます。パルサーからの光が地球上の検出器に予想とは異なる時間に到達した場合、それは時空の摂動によってそのタイミングが変化したことを示しています。
NANOGravは、パルサータイミングアレイからの12年間のデータに基づいて、2021年に重力波背景の最初の兆候と思われる信号を発表した。
これらの発見を記した論文の共著者で、アメリカ国立電波天文台の天文学者スコット・ランサム氏は当時、ギズモードにこう語っている。「この背景信号を観測するだけで、宇宙の歴史全体や銀河の合体や相互作用の仕方について多くの情報が得られるのです。」
最高の瞬間はまだこれからだ。計画中の宇宙観測衛星LISAは、最近、ミッション寿命サイクルのフェーズAをクリアした。これは、最終的に打ち上げられ、太陽周回軌道に投入される可能性があることを意味する。NANOGrav共同研究チームのメンバーの一人によると、6月29日に発表を予告していた同共同研究チームによると、はるかに早い時期に発表できるニュースがあるという。
その投稿のコメント欄には、どんなニュースになるのかという興奮した憶測が溢れています。どんなニュースであれ、必ず報道します。
続き：見よ：銀河系の中心ブラックホールの初画像
