天文学者たちは、これまでに発見された中で最も小さいブラックホールか、あるいは最大の中性子星のどちらかである可能性のあるものを発見した。
重力波は、2つの巨大な物体が衝突して合体するときに放出されます。衝突のエネルギーは時空を波打つように伝播し、これらの信号はレーザー干渉計の鏡の動きを測定することで検出されます。
2015年に発見されて以来、いくつかの重力波現象が確認されているが、そのどれもが、火曜日に天体物理学ジャーナルレターズに掲載された論文で報告されたものほど異常なものではない。
衝突の源は、太陽の23倍の質量を持つブラックホールと、太陽の2.6倍の質量を持つ謎の未知の天体です。「この天体が既知の中性子星の中で最も重いのか、それとも最も軽いブラックホールなのかは分かりませんが、いずれにせよ記録を破るものです」と、研究の共著者でノースウェスタン大学のヴィッキー・カロゲラ教授は述べています。
GW190814というコードネームが付けられたこの重力波合体は、質量がもう一方の約9倍もある物体の衝突後に発生した。これはこれまでに検出された質量差としては最大だ。
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理論モデルでは、中性子星の質量の上限は太陽質量の約2倍と予測されていますが、連星系におけるブラックホールの質量は太陽質量の約5倍未満になることは決してありません。これらの限界値の間には天体は存在しないように思われ、天文学者はこれを「質量ギャップ」と呼んでいます。しかし、最新の重力波検出によってこの考えは覆され、研究者たちは太陽質量の2.6倍の天体が何なのか、いまだにはっきりと分かっていません。
「現在の理論モデルでは、質量比が非常に大きいコンパクト天体同士が合体し、低質量のパートナーが質量ギャップに位置するという状況は想定しにくい」とカロゲラ氏は述べた。「今回の発見は、こうした現象が私たちの予想よりもはるかに頻繁に発生していることを示唆しており、この低質量天体は実に興味深いものとなっている。」
この謎の天体は、中性子星とブラックホールが合体している可能性が考えられます。これは理論的には期待されていますが、観測的にはまだ確認されていません。しかし、太陽の2.6倍の質量を持つこの天体は、中性子星の最大質量に関する現代の予測を超えており、これまで観測された中で最も軽いブラックホールである可能性があります。
パドヴァ大学のマリー・キュリー・フェローで、現在はノースウェスタン大学に所属するマリオ・スペラ氏によると、研究者たちは、この小さな天体がより大きな伴星であるブラックホールに潮汐固定されているという兆候を一切見つけられなかった。この兆候は、この天体が実際には中性子星であることを示唆するものだ。「重力波信号には『潮汐力の痕跡』は見つかりませんでしたし、この現象による光も検出されませんでした。このことは、中性子星が存在しない可能性について、すでにいくつかの知見を与えています」とスペラ氏はエル・レグ紙に語った。
さらに、中性子星物質の理論モデルと電磁天文学による中性子星群の観測により、中性子星が到達できる最大質量を推定することが可能になりました。これらの予測は、より軽いコンパクト天体は中性子星としては重すぎる可能性があり、したがってブラックホールである可能性が高いことを示唆しています。
パルサーなどの中性子星の中には、磁極から電磁エネルギーを放出するものもある。スペラ氏は、科学者たちはルイジアナ州のレーザー干渉計重力波観測所（LIGO）とイタリアのVirgo干渉計を用いて同様の重力波を観測することで、その天体が中性子星なのかブラックホールなのかを確認できる可能性があると述べた。
GW190814 の合体は、地球から約 8 億光年離れた、南半球の彫刻刀座の方向の領域で発生しました。®
