銀河系に潜む「静かなブラックホール」 その形成メカニズムに謎
Gaiaの観測により、銀河系内で3つの低活動ブラックホール（静かなブラックホール）が発見された。活動的なブラックホールは周囲の物質が高温に加熱される際にX線を放出し、比較的容易に検出できる。一方、ほとんどの恒星質量ブラックホールは不活動であり、銀河系内を単独で漂うか、伴星の物質を吸収せずに軌道を回っている。直接観測不可能なこうしたブラックホールは、周辺の天体への重力的影響を通じてのみ検出することができる。
Gaiaは銀河の周辺領域にある10億個以上の星の位置と運動を詳細に測定するのが主要任務である。この測定精度は非常に高く、惑星の重力が引き起こす星の小さな揺らぎまで検出可能だ。ところが今回発見された3つのシステムでは、重力的な引きが極めて大きく、伴星が恒星質量を持つことを示唆していた。もし伴星が通常の星であれば、Gaiaはそれを観測するはずだった。Gaiaに映らないことから、伴星はブラックホールと判断された。
過去の非対称な連星系から形成された構造
発見された3つの静かなブラックホール系は、いずれも小さな恒星の伴星を持つ。これは過去において、一方の星がもう一方より遥かに大きい非対称な連星系が存在したことを意味する。大きい方の星の残骸がブラックホール化し、現在観測されるシステムが形成されたと考えられている。
興味深いことに、この3つの系の軌道構造に大きな違いがある。Gaia BH3は予想通り比較的広い連星軌道を持つ一方で、BH1とBH2は軌道が極めて近い。より近い軌道を持つ系の形成過程には謎がある。大きな星が死を迎える際、急速に膨張する。軌道が近い伴星であれば、膨張する星に飲み込まれ、マージするまえにブラックホール化してしまうはずだ。では、BH1とBH2の伴星はいかにして存在を保つことができたのか。
ロッシュローブオーバーフローモデルの提示
この謎を説く鍵として、ロッシュローブオーバーフロー（Roche Lobe Overflow）と呼ばれるプロセスが注目されている。ロッシュローブとは、ある星の重力が支配的である空間領域を指す。その領域の外側では伴星の重力がより強い影響を及ぼす。膨張する星の外層がロッシュローブを超えると、潮汐力により物質が伴星によって捕捉される。膨張初期の物質が十分に拡散していれば、より小さい伴星がそれを捕捉する際に、2つの星が互いに螺旋状に接近することなく、安定した軌道を維持できる可能性がある。小さい伴星は大きい伴星がブラックホール化するまで十分な時間、安定した軌道に留まる条件が整うわけだ。
現在確認されているのはわずか3つのシステムにすぎず、ロッシュローブオーバーフロー仮説を確認するには証拠が不足している。しかし初期段階の研究は、非対称な連星系がブラックホール連星系へと進化するメカニズムが、これまで認識されていたより複雑であることを示唆している。
出典: Universe Today
