光速の3分の1で銀河系を脱出した超大質量ブラックホール、その正体が判明
地球から75億光年彼方の銀河から、秒速約1000キロメートルで宇宙空間を疾走する超大質量ブラックホール。2022年9月、天文学者たちが観測したこの奇妙な天体RBH-1の謎が、ついに解き明かされた。カリフォルニア大学サンタバーバラ校（UCSB）を中心とした研究チームが、ハッブル宇宙望遠鏡（Hubble Space Telescope）とジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（James Webb Space Telescope）の観測データを用いて、その発生源を特定した。その結論は、物理学者たちの間で長年議論されてきた重力波（Gravitational Waves）の理論検証に初めて直結する発見となった。
銀河を飛び出した黒ホール、その痕跡は20万光年
観測の対象となったRBH-1は、銀河系中心から20万光年以上に及ぶ細い線状の特徴として発見された。先端には恒星が存在しない物体が位置し、その後方には若く青色に輝く新生星が列を成していた。ブラックホールが星間ガスを圧縮しながら進むことで、この独特な「飛行機雲」のような構造が形成されたのである。当初、ハッブル望遠鏡による観測では、この線状構造はカメラの画像処理アーティファクトと判断されていた。しかし後続の分光観測により、それが確かに20万光年にわたる若い星々の連鎖であることが明らかになった。
ブラックホール同士の激しい衝突が衝撃を生み出した
論文の筆頭著者であるカビリ理論物理学研究所（Kavli Institute for Theoretical Physics, KITP）のトゥサイフ・イスラム数学教授が率いた研究チームは、RBH-1の起源を遡るため、数十万個の仮想的なブラックホール対をシミュレーションした。各シミュレーションで発生する反動を計算し、RBH-1の速度と合致するケースのみを抽出したのである。その結果から判明したのは、衝突の当事者となった二つのブラックホールが比較的似た質量を持ち、一方が他方の最大6倍だったこと。さらに重要なのは、両者ともが極めて高速で自転し、その回転軸が互いにずれていたという点である。より重い方のブラックホールは、一般相対性理論が許容する最大回転速度の70～75％で自転しており、その回転軸は傾いて振動していた。
UCSB物理学部のテジャスウィ・ベヌマッダ准教授は「最初はこうした極端な条件に驚いたが、望遠鏡で観察できる劇的な現象を生じさせるには、こうした状態が必然だったのだろう」と述べている。
二つのブラックホールの衝突は、物理学理論によれば一方向に強い重力波を放出する。この波が非対称に逃げることで、新生ブラックホールに反動が与えられ、結果として銀河系外への放逐が起こるのだ。一般相対性理論の予測では、銀河の合体の5～10％がこうした超大質量ブラックホールの放逐をもたらすとされている。
RBH-1が生成された約7億5千万年前、その親であった二つのブラックホール、そして回転軸のずれた銀河同士が衝突したと考えられる。研究チームが名付けた母銀河「GX」には、今もなお合体の痕跡が残存しているという。
今回の発見は、物理学の予測に基づき、実際の観測で確認された初めてのケースである。重力波物理と銀河合体が生み出す現象を結ぶ研究は、今後の天文学に新たな道を開く可能性を秘めている。
出典: Universe Today
