地球から約7,800光年離れた、私たちの銀河系周辺には、球状星団NGC 6397があります。これは、重力によってまとまった星の集まりです。この星団の中心には、これまで中規模のブラックホールがあると考えられていました。しかし、パリ天体物理学研究所の研究チームは、さらに詳しく調べた結果、この星団には実際には小さなブラックホールの群れが存在し、より拡散した系で星々をまとめていることが判明しました。
これまでの研究では、銀河団の中心核には恒星サイズのブラックホールが多数存在する可能性が示唆されていましたが、今回の論文ではさらに一歩進んで、これらの天体の質量と大きさも測定しました。研究チームの研究は、今週発行の「Astronomy and Astrophysics」誌に掲載されました。
星団の中心にある謎を解明するため、研究者らはハッブル宇宙望遠鏡と欧州宇宙機関のガイア観測所という2つの宇宙望遠鏡のデータを使い、星団の中心付近の星がどのように動いているかを調べた。
「球状星団の高密度な核に目に見えない質量が存在するという非常に強力な証拠を発見しましたが、この余分な質量が『点状』ではないことに驚きました」と、パリ天体物理学研究所のエドゥアルド・ヴィトラル氏はNASAのプレスリリースで述べています。もしブラックホールが1つだけであれば、謎の質量はより高密度に集中しているはずです。「私たちの研究は、核が崩壊した球状星団の中心にある、主にブラックホールの集合体と思われるものの質量と広がりの両方を明らかにした初めての研究です。」
中間ブラックホールは、ブラックホールの進化におけるミッシングリンクとして長い間考えられてきました。超大質量ブラックホール（存在が証明されている）や極小の原始ブラックホール（理論上の存在にとどまっている）ほど世間の注目を集めていないかもしれませんが、その名の通り、中間ブラックホールは天文学者にとって、これらの謎めいた構造がどのように発達したかを解明する上で役立つと考えられています。
「我々の分析は、球状星団全体にわたって星の軌道がほぼランダムであり、体系的に円形であったり極端に細長い形をしていたりしないことを示しました」と、同じくパリ天体物理学研究所のゲイリー・マモン氏は同じ発表の中で説明した。もし星の軌道が協調していたとすれば、一つの巨大な天体が支配的だったことを示唆することになる。しかし実際には、星々はそれぞれ独自の動きをしているように見えた。マモン氏とヴィトラル氏は、白色矮星、中性子星、ブラックホールといった高密度の星の残骸（星々が寿命を迎え、自滅する際に形成される）が、いわば三次元的なプリンコのように星団の中心に向かって沈んでいったためだと考えている。逆に、より低質量の星々は星団の周縁部へと向かっていった。
「著者らは徹底的な分析を行い、この研究の結論は球状星団における[中間ブラックホール]の探索において予想外の進展を示しています」と、ジョージア州立大学の天体物理学者で、今回の論文には関与していないミスティ・ベンツ氏はメールで述べた。「しかしながら、このような研究を行うには多くの仮定が必要であり、今回の結果は、この球状星団に[中間ブラックホール]が存在する可能性を依然として残しています。」
上の動画で紹介されている球状星団の芸術的なイラストは、まるで恒星規模のショットガンで時空に穴を開けたかのようです。巨大な重力の裂け目が星団から突き出ており、死んだ星々の残骸が生きている仲間を重力格子の中に閉じ込めている（見方によっては捕らえているとも言える）のです。この領域にこれほど多くの白色矮星、中性子星、ブラックホールが存在するのも不思議ではありません。NGC 6397は非常に古い星団で、その年齢は126億年（±5億年）と、星々がそれぞれのライフサイクルを全うするのに十分な時間を与えています。
ベンツ氏は、今回の研究では、球状星団が一つの大きなブラックホールではなく、多数の小さなブラックホールを含んでいることを完全には示していないと述べた。「しかし、もしそうだとすれば、超大質量ブラックホールの起源は、既に謎に包まれている以上に謎が深まることになります！」と彼女は説明した。「超大質量ブラックホールは小さな種から成長したはずだと私たちは考えています。しかし、今回の研究結果は、球状星団内で多数の小さなブラックホールを合体させるのは実際には難しいことを示唆しています。なぜなら、球状星団は古く、小さなブラックホールは合体せずに、まだ個別に存在しているからです。」
興味深い発見です。ブラックホールの存在は1916年にアルバート・アインシュタインによって予言されていましたが、科学者が実際にその画像を撮影したのはわずか2年前、2019年4月のことでした。明らかに、これらの謎の天体について、私たちはまだ多くのことを学ばなければなりません。
