ブラックホールを探している天文学者たちは、何十年も同じ疑問に悩まされてきました。大きなブラックホールや小さなブラックホールは見つかりましたが、中くらいの大きさのブラックホールはどこにあるのでしょうか?
イスラエルのワイツマン科学研究所の物理学教授タル・アレクサンダー氏と、米国ニュージャージー州プリンストン高等研究所の研究員ベン・バー＝オール氏は、この謎の解明に取り組んできました。先週『ネイチャー・アストロノミー』誌に掲載された彼らの論文によると、痩せ型や肥満型の卵巣とは異なり、ふっくらとした卵巣が少ないのは、卵巣の成長過程による可能性が示唆されています。
アメリカの理論物理学者ジョン・ホイーラーは、強力な重力場を持つ奇妙な天体を初めて「ブラックホール」と名付けました。彼は1971年に最初のブラックホールを発見しました。それから46年が経ち、ブラックホール候補として知られているものや、ブラックホールの候補となる可能性のあるものは増え続けています。しかしながら、現在までに中規模ブラックホール、つまり太陽の100倍から1万倍程度の質量を持つブラックホールは、はっきりと確認されていません。
ブラックホールは次の 2 つのタイプのいずれかに分類されるようです。
- 超新星爆発により生まれた太陽の数倍から数十倍の質量を持つ恒星質量ブラックホール。
- 銀河の中心に位置する、太陽の何百万倍もの質量を持つ巨大な超大質量ブラックホール。
宇宙における超高密度物体の相対質量（画像提供：NASA/JPL-Caltech ... クリックして拡大）
ブラックホールは周囲の恒星やガスを貪り食うことで成長します。このプロセスは避けられないものだとアレクサンダー氏は述べました。「恒星がブラックホールの周りをどのように移動するかという理論と、いくつかの初期仮定に基づいて行った計算は、より軽い種ブラックホールを『太らせる』プロセスが避けられないことを示しています。」
研究によると、これらのブラックホールの種のほとんどは宇宙の初期段階でまかれたことが示されています。もしブラックホールが1万年ごとに太陽質量の1倍ずつ成長するとすれば、現在私たちが観測しているブラックホールのほとんどは、今ごろは超大質量になっているはずです。残りは、恒星の爆発によって形成された小型のブラックホールである可能性が高いでしょう。
しかし、これは中間質量ブラックホールが存在しないことを意味するのではなく、単に発見が非常に難しいというだけだ。「我々は、近傍宇宙では中間質量ブラックホールは稀だと予測しています。初期宇宙、遠方銀河でそれらを見つけることは、現時点では観測的に不可能です。ブラックホールはガスを降着させることで姿を現すことがあります。しかし、質量が小さいため、降着中の中間質量ブラックホールの光度は遠距離から観測するには低すぎるでしょう」と、バー＝オール氏はThe Register誌に語った。
それらを見つける最大の希望は、重力波の放出にあるかもしれない。白色矮星や中性子星が中間質量ブラックホールに落ち込んだり、恒星ブラックホールと合体したりするシナリオは、時空に波紋を引き起こすだろう。
「現在、このような合体による重力波放射を検出できる重力波観測所は存在せず、計画されているミッションでさえも、赤方偏移が小さい距離までしか到達できません。したがって、2つの中質量ブラックホールの合体こそが、検出の最大の期待値であり、計画されているeLISAミッションによって実現されます。私たちの予測が正しければ、これらのイベントのほとんどは、その形成時の赤方偏移の大きい部分（赤方偏移約10）付近で観測されるでしょう」とバー＝オール氏は付け加えました。
つまり、基本的には、宇宙の初期から成長し始めた巨大なブラックホールか、超新星爆発によって形成された小さなブラックホールのどちらかです。その中間のブラックホールは非常に稀なので、発見される可能性は低いでしょう。だからこそ、私たちはブラックホールを一つも発見していないのです。®
