どうも！宇宙ヤバイch中の人のキャベチです。

今回は「観測史上最大級のブラックホールを新発見」というテーマで動画をお送りしていきます。

イギリスのダラム大学の研究チームは2023年3月29日、地球から約27億光年彼方の銀河団「Abell 1201」の中心部にある巨大な楕円銀河「Abell 1201 BCG」にて、太陽の約327億倍もの質量を持つ、観測史上最大級のブラックホールを発見したと発表しました。

また、ブラックホールの特定方法もこれまでにない特殊なものでした。

今回はそんな話題を解説します。

●ブラックホール観測の難しさ

ブラックホールは一般的に太陽の30倍より重い超大質量の恒星が一生を終える際、星の核が自身の重力によって中心の1点に向かって際限なく押しつぶされる事で形成されると考えられています。

ブラックホールの中心にあり、ブラックホールの全質量がそこに集中していると考えられている体積0の1点は、特異点と呼ばれています。

そんな特異点の周りでは重力が極めて強く、そこから脱出するために必要な速度(脱出速度)が光速を超えています。

ですが特異点から離れるほど重力が弱まり、脱出速度が光速と等しくなる境界面が、事象の地平面と呼ばれています。

ブラックホールの事象の地平面の内部領域や、特異点で何が起こっているのかは本当に気になるところですが、残念ながら現在の枠組みでは、それらを知ることは永遠にできそうもありません。

なぜならこの宇宙で物質が出せる速度には光速という上限があるためです。

これは観測から得られた明確な事実であり、アインシュタインの相対性理論もこの光速度が不変であるという事実をもとに成り立つ理論となります。

光速が不変である以上、脱出速度が光速度を上回るほど重力が強くなっている事象の地平面の内部に一度でも入ると、そこからはあらゆる物質も光も情報も出てくることはありません。

なのでブラックホールの内部は完全に一方通行の世界です。

このような理由からブラックホール本体(事象の地平面以内)から光が放たれることはありません。

そのため、そのような光を観測してブラックホールの存在を明らかにすることもできません。

ブラックホール本体は光を放ちませんが、ブラックホールの周囲に形成される「降着円盤」や「宇宙ジェット」という構造が、非常に高温のために強力なX線やガンマ線を放っているため、これらを観測することができます。

降着円盤は、ブラックホールの周囲にガスなどの物質が存在する時、それらを強力な重力で自身の周囲を超高速で公転させ、発生した摩擦熱によってまばゆく輝くために形成される円盤状の構造です。

また宇宙ジェットは、降着円盤を構成する物質が円盤から事象の地平面の内部に入る前に、ブラックホールの両極に伝わっていき、亜光速で宇宙空間へ放たれる現象です。

このようにブラックホール観測の手掛かりとなる降着円盤や宇宙ジェットといった構造は、ブラックホールの周囲に大量の物質がないと形成されません。

そのため周囲に物質があまり存在しない場所にあるブラックホールは、地球から観測することが極めて難しいのです。

●太陽の300億倍以上重いブラックホールを新発見

では本題です。

イギリスのダラム大学の研究チームは2023年3月29日、地球から約27億光年彼方の銀河団「Abell 1201」の中心部にある巨大な楕円銀河「Abell 1201 BCG」にて、太陽の約327億倍もの質量を持つ、観測史上最大級のブラックホールを発見したと発表しました。

Abell 1201 BCGのBCGとは「brightest cluster galaxy」の略で、その銀河団内で最も明るい銀河という意味です。

そこで発見された最新のブラックホールは以下「今回のブラックホール」と呼ばせていただきます。

今回のブラックホールは、強力な降着円盤やジェットを持っておらず、光でその存在を明らかにすることが困難です。

そこで研究チームは、重力レンズ効果を用いてブラックホールの質量を測定することにしました。

重力レンズ効果とは、特に質量が大きい天体の周囲の空間が強大な重力によって歪められている影響で、その天体の背後にある天体から地球にやってきた光が歪んで見えたり、通常よりも明るく見えたりする現象です。

重力レンズ効果が起こると、本来地球に届かなかった光まで進路が歪められて地球に届くようになるので、本来よりも多くの光が届き、背後の光源の天体はより明るく見えます。

こちらは地球から約27億光年彼方にあるAbell 1201 BCG(以下BCG)の実写画像ですが、その周囲に何やら弧を描いた天体が映っています。

これは実はBCGの背後にある銀河の姿です。

背後にある銀河は本来、BCGに隠れてその姿が見えないはずですが、BCGの強大な重力により、背後の天体から放たれた光の進路が歪められ、このようにBCGの周囲で弧を描いて見えています。

このような強力な重力レンズ効果を引き起こしていることから、BCGには巨大ブラックホールが潜んでいると考えられていましたが、その正確な質量までは明らかになっていませんでした。

そこで今回研究チームは、コンピュータシミュレーションでBCGのブラックホールの質量を変化させた場合、背後の天体の姿が地球からどのように見えるかを検証しました。

実際の観測結果と一致するまでに実に数十万回ものシミュレーションを行ったそうです。

その結果、BCGには太陽の327億倍の質量を持つ超巨大なブラックホールが存在していた場合、実際の観測結果と一致すると判明しました。

この質量は、観測史上でもTOP10に入るほど巨大なものです。

ちなみに観測史上最大のブラックホールは、太陽の1000億倍の質量を持つと推定されています。

そんなブラックホールについては以下の動画で詳細を解説しているので、併せてご覧ください。