恒星質量ブラックホールよりも著しく大きく、かつ超大質量ブラックホールよりはるかに小さい「中間質量ブラックホール」の存在は謎めいており、天文学者はその痕跡を探し求めている。
地球からケンタウルス座の方角に1万7000光年離れた「オメガ星団」の中心には中間質量ブラックホールがあるのではと期待されていた。
最新の研究によると、単一の重力源と思われたその物体は、ブラックホールの群れであることが判明した。
オメガ星団にあるのは中間質量ブラックホールなのか？
地球から1万7000光年先にあるオメガ星団は、肉眼で観察できるものとしては最大級の球状星団だ。
直径150光年の範囲には、1000万個ほどの星々が集まっている。
この星団はもともと「ガイア・ソーセージ［https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%82%A4%E3%82%A2%E3%83%BB%E3%82%BD%E3%83%BC%E3%82%BB%E3%83%BC%E3%82%B8］」と呼ばれる矮小銀河だったと考えられているが、110億～80億年前に天の川銀河と衝突して吸収され、現在の姿になった。
存在の証拠がほとんど見つかっていない中間質量ブラックホール
天の川銀河の中心には、太陽の数百万～数十億倍の質量を持つ「超大質量ブラックホール」が存在する。
だが、ガイア・ソーセージのような矮小銀河の場合、その中心にはもう少し小さな「中間質量ブラックホール」があると考えられていた。
太陽の100～100万倍の質量を持つこのブラックホールは、天文学者がずっと探し続けているものだ。
一口にブラックホールといっても種類がある。1つは、今説明した怪物のような超大質量ブラックホールだ。
もう1つは、一般的な恒星ブラックホールである。こちらは超新星爆発を起こした恒星が重力で崩壊することで誕生し、その質量は太陽の10～数10倍だ。
中間質量ブラックホールは、文字通りのこれらの中間の質量を持つブラックホールだ。その数は極端に少なく、それが存在する証拠はほとんど見つかっていない。
だが、あるはずなのだ。
恒星質量ブラックホールの群れである可能性
ブラックホールを観察することは難しい。なぜなら光が逃げられないため、直接観測できないからだ。それゆえに、その存在は、周囲の星々の動きを観察することで間接的に知るしかない。
それでも、これまでいくつかの研究により、オメガ星団内には中間質量ブラックホールがある可能性が示唆されてきた。
その内部に隠された太陽8200個分の質量は、中間質量ブラックホールの範囲に収まるものだ（M4はその発見が期待されるまた別の候補だ）。
だが、それも質量が単一の天体のものと仮定するならの話だ。可能性は低いとされているが、その質量が中間質量ブラックホールのものではなく、複数の天体のものである線も否定できない。
スペイン、カナリア諸島天体物理学研究所のアンドレス・バニャレス・エルナンデス氏は、オメガ星団の中心に位置する何者かの正体を暴くべく、新たに「パルサー」の加速度を追加して分析を試みた。
中性子星の一種であるパルサーは、極から電波を放出しながら高速で回転している。そのビームが地球に向いたときにそれが検出されるため、地球からはまるで灯台のようにピカピカ点滅しているように見える。
おかげでその自転周期もきわめて正確に測定できる。
こうしたパルサーの情報を踏まえて分析を行ったところ、オメガ星団中心部における星々の挙動は、そこに恒星質量ブラックホールの群れがあると想定した場合にもっともよく説明できることが判明したという。
中間質量ブラックホールと恒星質量ブラックホールが共存？
天文学者にとってやや落胆するような結果かもしれないが、この発見で中間質量ブラックホールの存在が完全に否定されたわけではない。
恒星ブラックホールと中間質量ブラックホールが一緒に存在する可能性もあるからだ。その場合、その状況はむしろ好都合なものかもしれない。
仮に、オメガ星団には、中間質量ブラックホールとその重力によってとらわれた恒星ブラックホールの群れがあるとする。さらに、中間質量ブラックホールが恒星ブラックホールの合体によって成長したものなのだとする。
これらの仮定が正しければ、2種のブラックホールが共存する状態は、その成長のプロセスを知る貴重な手掛かりになることだろう。
中間質量ブラックホールの探索は今も続いている。今回の研究チームによれば、オメガ星団にそれがあるとすれば、質量は太陽の6000倍未満で、その周囲に恒星ブラックホールの群れがあると考えられるという。
パルサーの加速度データはますます増えているので、近い将来それを発見できる可能性は十分にあるとのことだ。
この研究は『Astronomy & Astrophysics［https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202451763］』に掲載される予定だ。
References: Swarm of Black Holes Found Lurking in The Heart of a Giant Star Cluster : ScienceAlert［https://www.sciencealert.com/swarm-of-black-holes-found-lurking-in-the-heart-of-a-giant-star-cluster］
