重力波は、激しい宇宙現象によって引き起こされる時空のさざ波であり、光速であらゆる方向に伝わり、最終的には水の波紋のように消えていきます。しかし、一部の現象は非常に破壊的で極端であり、小さな波紋というよりはむしろ強力な波のように時空の擾乱を引き起こし、地球上の検出器に到達するほどのエネルギーを持つことがあります。
本日、LIGOコラボレーションは、これまでで最も巨大なブラックホール合体を検出したと発表しました。その最終的な生成物は、太陽の225倍以上の質量を持つ巨大なブラックホールであると考えられます。GW231123と命名されたこの信号の多くは、恒星進化に関する既存のモデルと矛盾しており、物理学者たちはこのような合体がどのように可能だったのか理解しようと躍起になっています。
LIGO（レーザー干渉計重力波観測装置）は、 2015年に初めて重力波を検出し、2つのブラックホールの衝突による宇宙論的反響を捉え、物理学の歴史に新たな記録を残しました。ノーベル賞を受賞したこの発見以来、LIGOとVirgo（イタリア）およびKAGRA（日本）による国際協力であるLIGOコラボレーションは、銀河の綿密な監視を継続しています。このコラボレーションは、中性子星、超新星、そして約300のブラックホール合体からの多数の信号を検出しています。
しかし、2023年11月23日に初めて観測されたGW231123は、前例のない巨大ブラックホール合体と言えるでしょう。太陽の137倍と103倍の質量を持つ2つの巨大なブラックホールが、巨大な質量を持ちながらも合体を維持し、地球の自転速度の40万倍の速度で回転することで、さらに巨大なブラックホールを形成しています。この巨大さを理解するために、これまでのブラックホール合体記録保持者であるGW190521の質量は太陽の約140倍です。
ブラックホール環境の重力的な混沌とした性質、つまり押し引きの作用を考慮すると、この合体が、結果として生じた重力波がLIGOに到達し、0.1秒間信号を検出するほど安定していたことは注目に値します。標準的な進化モデルによれば、このような現象は「禁じられている」はずだと、LIGOメンバーでカーディフ大学の物理学者マーク・ハンナム氏は声明で述べています。
「一つの可能性として、この連星系にある2つのブラックホールは、より小さなブラックホール同士の合体によって形成されたと考えられます」と彼は推測した。「これは重力波で観測された中で最も質量の大きいブラックホール連星であり、ブラックホールの形成に関する私たちの理解に真の挑戦を投げかけています。」
「ブラックホールは非常に高速で回転しているように見えます。これはアインシュタインの一般相対性理論の限界に近い速度です」と、LIGOメンバーで英国ポーツマス大学の物理学者であるチャーリー・ホイ氏は同じ発表の中で説明しています。「そのため、信号のモデル化と解釈は困難です。これは、私たちの理論ツールの開発を前進させるための優れたケーススタディです。」
科学者たちは来週、英国グラスゴーでGR-アマルディ会議として合同開催される第24回国際一般相対性理論と重力会議（GR24）と第16回エドアルド・アマルディ重力波会議で、GW231123に関する調査結果を発表する予定だ。その後、データは一般の精査に公開され、GW231123の謎を解明する競争が始まるが、すぐに明確な答えが得られる可能性は低いだろう。
「この複雑な信号パターンとその意味をコミュニティが完全に解明するには何年もかかるでしょう」と、LIGOメンバーであり、英国バーミンガム大学の物理学者でもあるグレゴリオ・カルロ氏は付け加えた。「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となる可能性があります。今後が楽しみです！」
物理学者は19世紀後半にはすでに重力波を構想していましたが、アルバート・アインシュタインのおかげでこの概念は広く知られるようになりました。宇宙現象を「見る」ために光を必要としない数少ない観測方法の一つである重力波は、ブラックホール、古代の星、さらには暗黒物質といった多くの謎を人類が解明する上で、他に類を見ない可能性を秘めています。まさに、これからが楽しみな時代です！
