球状星団「オメガ・ケンタウリ」で初めて恒星質量ブラックホールを発見

ユタ大学のMatthew Whitaker氏を筆頭とする研究チームは、球状星団オメガ・ケンタウリで初めて恒星質量ブラックホール「oMEGaCat BH-2」の存在を確認した。これは、天文学者を長年悩ませてきた「星団内に潜む見えないブラックホール」の存在を実証する重要な成果となる。研究成果は学術誌「The Astrophysical Journal Letters」に掲載されている。

約1000万個の恒星が重力で結びついているオメガ・ケンタウリには、理論的には大質量星の超新星爆発で形成される恒星質量ブラックホールが約1万個存在すると予測されていた。しかし視線速度法やX線・電波観測では確たる証拠が得られなかった。中間質量ブラックホールはハッブル宇宙望遠鏡で確認されていたものの、より軽い恒星質量ブラックホールは未発見のまま残されていたのである。

そこで研究チームは「アストロメトリ」と呼ばれる手法を採用した。これは長期間の観測を通じて天球上における天体の位置変化を精密に測定する技術である。研究チームは2002年から2023年にかけたハッブル宇宙望遠鏡の20年以上のアーカイブデータに、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の最新データを組み合わせて分析を行った。

オメガ・ケンタウリにある主系列星（約0.78太陽質量）が未知の暗い天体を公転していることはすでに知られていたが、その相手が中性子星である可能性が示唆されていた。しかし、主系列星の軌道を再計算したところ、相手天体の質量は約4.46太陽質量と算出された。中性子星の質量は太陽の2倍～2.5倍程度が上限とされることから、この天体は恒星質量ブラックホールであると結論付けられた。

注目すべきは、oMEGaCat BH-2の質量が予想よりも小さかったことだ。金属量の少ないオメガ・ケンタウリのような環境で形成されるブラックホールはもっと大きいと予想されていたため、この発見は今後の理論モデル構築に重要なデータを提供することになる。また、このブラックホール連星の公転周期は約94年で、既知のブラックホール連星では最も長い周期である。

分析によれば、この連星系は最初からペアとして誕生したのではなく、星団の密集した環境下で別々に誕生した星が後から出会ったことで動的に形成された可能性が高い。密集する星団内の相互作用により、この連星系はオメガ・ケンタウリの年齢（約120億年）よりもずっと短い10億年以内に引き離されると予測されている。球状星団におけるブラックホール形成プロセスや連星の動的形成を理解することは、ブラックホール同士の合体のような重力波現象を解釈する上で不可欠だという。

一方、NASAはナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡の打ち上げを2026年8月末に予定している。ローマン宇宙望遠鏡による高頻度での観測を通じて、オメガ・ケンタウリや他の球状星団に潜むブラックホールのさらなる発見が期待されている。

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