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眠れる巨人がガイアの科学者を驚かせる

眠れる巨人がガイアの科学者を驚かせる

科学と探検

2024 年 4 月 16 日
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科学者たちは、欧州宇宙機関のガイア計画からの豊富なデータを詳しく調査することにより、「眠れる巨人」を発見した。 太陽のほぼ33倍の質量を持つ巨大なブラックホールが、地球から2,000光年未満のハゲワシ星座に隠れていました。 天の川銀河内でこれほどの大きさの恒星起源のブラックホールが観測されたのは初めてである。 これまで、このタイプのブラック ホールは非常に遠い銀河でのみ観察されてきました。 この発見は、大質量星がどのように形成され、進化するのかについての私たちの理解に疑問を投げかけます。

ガイアブラックホール

ブラックホール内の物質は非常に高密度であるため、光さえもその巨大な重力から逃れることはできません。 私たちが知っている恒星質量ブラックホールの大部分は、近くの伴星から物質を飲み込みます。 捕捉された物質は崩壊物体に高速で落下し、非常に高温になりX線を放出します。 これらのシステムは、X 線連星と呼ばれる天体のファミリーに属しています。

ブラックホールから物質を盗むほど近くに仲間がいない場合、ブラックホールは光を生成せず、検出することが非常に困難になります。 これらのブラック ホールは「不活性」ブラック ホールと呼ばれます。

ガイアの次のカタログ リリースであるデータ リリース 4 (DR4) に備えて、科学者たちは数十億の星の動きを調べ、異常な点がないかどうかを確認するために複雑なテストを行っています。 星の動きは、伴星、つまり系外惑星などの明るい星によって影響を受けることがあります。 星のように重くなる。 あるいはブラックホールのように非常に重い。 ガイア コラボレーションには、あらゆる「奇妙な」事件を調査するための専門チームが存在します。

そのようなチームの 1 つは、地球から 1,926 光年離れたオリオン座の古代の巨星に遭遇したとき、この研究に深く関わっていました。 星の軌道の変動を詳細に分析した結果、彼らは大きな驚きを発見した。 この星は、太陽の約33倍の非常に高い質量の不活性ブラックホールとともに軌道運動の中に閉じ込められていた。

これはガイアで見つかった3番目の休止ブラックホールで、「ガイアBH3」と名付けられた。 物体の質量が大きいため、その発見は非常にエキサイティングです。 「これは、研究生活の中で一度しか起こらないような発見です」と、この結果の筆頭著者であるフランス、パリ天文台国立科学センターのパスクワーレ・パノッツォ氏は言う。 「これまで、このサイズのブラック ホールは、重力波観測のおかげで、LIGO-おとめ座-KAGRA の共同研究を通じて、遠くの銀河でのみ発見されてきました。」

私たちの銀河系にある既知の恒星由来のブラック ホールの平均質量は、太陽の質量の約 10 倍です。 これまでの重量記録は、太陽の約20倍と推定される白鳥座(Cyg X-1)のX線連星のブラックホールによって保持されていた。

「ガイアが天文学と天体物理学に変革的な影響を与えているのを見るのは印象的です」とESA科学部長のキャロル・マンデル教授は語ります。 「その発見は、天の川銀河全体の10億個以上の星の極めて正確な多次元地図を作成するというミッションの当初の目標をはるかに超えています。」

比類のない精度

ガイア データの優れた品質により、科学者は比類のない精度でブラック ホールの質量を決定し、この質量範囲にブラック ホールが存在するという最も直接的な証拠を提供することができました。

天文学者たちは、ガイア BH3 のような大型ブラック ホールの起源を説明するという差し迫った問題に直面しています。 大質量星がどのように進化して消滅するかについての現在の理解は、この種のブラックホールがどのようにして出現したかを直ちに説明するものではありません。

ほとんどの理論は、大質量星が老化するにつれて、強風によって物質の多くが放出されると予測しています。 最終的には超新星として爆発し、部分的に宇宙に吹き飛ばされます。 核の残りは、その質量に応じて中性子星かブラックホールに縮小します。 太陽の質量の30倍のブラックホールになるほど大きな核を説明するのは非常に困難です。

しかし、この謎を解く鍵はガイアBH3のすぐ近くにあるのかもしれません。

面白い仲間

太陽と地球の間の距離の約 16 倍の距離でガイア BH3 を周回するこの星は、かなり珍しいものです。ビッグバン後の最初の 20 億年、つまり私たちの銀河が結合し始めた頃に形成された古代の巨大な星です。 それは銀河のハロー星のファミリーに属しており、銀河円盤の星とは反対の方向に移動します。 その進路から、この星は80億年以上前に私たちの銀河系に押し寄せた小さな銀河、つまり球状星団の一部であった可能性があることが示唆されています。

この伴星には水素やヘリウムより重い元素がほとんど含まれておらず、ガイア BH3 となった大質量星も重元素が非常に少ない可能性があることが示唆されています。 これは素晴らしい。 重力波実験で観測された大質量ブラックホールは、重元素に乏しい大質量の原始星の崩壊によって生じたという理論を初めて裏付けるものとなった。 これらの初期の星は、私たちが現在銀河系で見ている大質量星とは異なる進化を遂げた可能性があります。

伴星の形成は、この驚くべき連星系の形成メカニズムを解明する可能性もあります。 「私が驚いたのは、伴星の化学組成が、銀河系の金属の少ない古代の星で見つかったものと似ているということです」と、ガイア共同研究のメンバーでもあるパリ天文台CNRSのエリザベッタ・カバオ氏は説明する。

「この星が、BH3となった大質量星の超新星爆発によって放出された物質で汚染されたという証拠はない。」 これは、ブラック ホールが別の星系から仲間を獲得したため、誕生後まで仲間を獲得しなかったことを示している可能性があります。

おいしい前菜

ガイア BH3 の発見はほんの始まりにすぎず、その不可解な性質についてはまだ多くの研究が残されています。 科学者たちが興味をそそられている今、このブラックホールとその仲間は間違いなく今後多くの詳細な研究の対象となるでしょう。

Gaia チームは、Gaia カタログの第 4 版の準備のために生データを調査しているときに、この「眠れる巨人」に遭遇しました。 あまりにも異例の結果だったため、正式リリース前に発表することにしたという。

ガイアデータの次のリリースは、連星系を研究し、私たちの銀河内にさらに眠っているブラックホールを発見するための宝の山となることが期待されています。 「以前のデータリリース(DR3)と比較して、特定のデータセットの処理方法を改善するために私たちは非常に熱心に取り組んできました。そのため、DR4ではさらに多くのブラックホールが発見されると期待しています」とスイスのジュネーブ大学のペリー・ホール氏は結論づけています。 ガイアコラボ所属。

編集者へのメモ

太陽質量33倍の質量を持つ休止中のブラックホールが、リリース前のガイア天文測定で発見されたGaia Collaboration、P. Panuzzoらによる論文が本日ジャーナルに掲載されました。 天文学と天体物理学 (A&A)。

ガイアはヨーロッパのミッションであり、欧州宇宙機関によって建設および運営されています。 これは、すべての ESA 加盟国の支援を受けて、ESA の Horizo​​n 2000 Plus 科学プログラム内の ESA の中核ミッションとして 2000 年に承認されました。 加盟国はまた、生データの変換を担当するデータ処理分析コンソーシアム (DPAC) の一部として、ミッションの科学的部分でも重要な役割を果たしています。 Gaia の科学製品では、欧州宇宙機関と協力してデータがリリースされます。 DPAC には、ヨーロッパの科学コミュニティ全体から 450 名を超える専門家が集まります。 ガイアはアストリウム (現在はエアバス ディフェンス アンド スペースとして知られています) によって設計および製造され、コア チームはアストリウム フランス、ドイツ、英国で構成されています。 産業界チームには、米国の企業に加えて、欧州 15 か国の 50 社が参加しました。 この宇宙船は、2013 年 12 月 19 日にアリアンスペースによって打ち上げられました。

参加研究者の名前とESA加盟国の役割のリストは、ここでメディアに公開されています。 [PDF]。

この発見に関する詳細情報

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