説明：2つのブラックホールは数十億年前に合併しましたが、今では科学者を困惑させています

LIGOとおとめ座は、合併で放出された重力波からの信号を検出します。 2つの親ブラックホールのうちの1つは、従来の科学的知識に挑戦する異常な中間質量でした。一般的に理解されていること、そしてこの珍しいサイズを説明するものは何ですか？

ブラックホールをマージするための階層スキームを示すアーティストのコンセプト。 （クレジット：LIGO / Caltech / MIT / R Hurt [IPAC]）

数十億年前、2つのブラックホール間の衝突により、重力波が宇宙に波打つようになりました。 2019年、これらの波からの信号は 重力波観測所で検出 LIGO（米国）と検出器Virgo（イタリア）。

しかし、科学者を興奮させたのは、ブラックホールがどのように形成されるかについての伝統的な知識に反する、親のブラックホールの1つの質量です。

発見と分析は2つの研究論文に記載されています。 1つ、 物理的レビューレター 、発見の詳細を説明し、異常な合併が行われた可能性のある方法を提案します。他の論文、 アストロフィジカルジャーナルレター 、信号の物理的特性について説明します。

正確には何が検出されましたか？

それは、比較的新しい発見の分野である重力波からの信号でした。重力波は、星が超新星で爆発したときに形成される目に見えない波紋です。 2つの大きな星が互いに軌道を回るとき。そして2つのブラックホールが融合するとき。光の速さで移動すると、重力波がその経路にあるものをすべて絞り、伸ばします。

重力波は、1世紀以上前にアルバートアインシュタインの一般相対性理論で提案されました。しかし、最初の重力波が実際に検出されたのは2015年のことでした—LIGOによって。それ以来、重力波のその後の多くの検出がありました。

LIGOコラボレーションで説明されているように、LIGOとVirgoで検出された信号は、約4回の短い揺れに似ており、10分の1秒未満しか持続しませんでした。

それはどこから来たのか？

その後の分析では、GW190521は2つのブラックホールの合併によって生成された可能性が高いことが示唆されました。信号は、2つがマージされた瞬間を表している可能性があります。それはおよそ170億光年離れたところから、そして宇宙がその年齢の約半分であった時から来たと計算されました。

しかし、これらの調査結果はさらなる疑問につながりました。 2つの結合するブラックホールの1つは、中間質量範囲にあります。これは、ブラックホールがどのように形成されるかについての従来の知識では説明できない不適合です。

なぜそれは珍しいのですか？

これまでに観測されたブラックホールはすべて、2つのカテゴリーのいずれかに属します。 1つのカテゴリは、いくつかの太陽質量（1つの太陽質量は私たちの太陽の質量です）と数十の太陽質量の間にあります。これらは、巨大な星が死ぬときに形成されると考えられています。

他のカテゴリーは超大質量ブラックホールです。これらは、私たちの太陽の数十万倍から数十億倍の範囲です。

伝統的な知識によれば、65から120の太陽質量の間のブラックホールを生み出す可能性のある星はそうしません—この範囲の星は、ブラックホールに崩壊することなく、死ぬときに爆発します。

しかし、GW190521信号につながる合併では、より大きなブラックホールは85の太陽質量でした。これは、対不安定型質量ギャップとして知られるこの予想外の範囲内にあります。これは、これまでに観測された最初の中間質量ブラックホールです。 （実際、小さいブラックホールも境界線であり、66の太陽質量です。）

2つが合併して、約142個の太陽質量の新しいブラックホールが作成されました。 8つの太陽質量に相当するエネルギーが重力波の形で放出され、これまでに科学者によって検出された史上最強の波になりました。

異常な質量のブラックホールはどのようにして形成されたのでしょうか？

研究者達は、85太陽質量のブラックホールは崩壊する星の産物ではなく、それ自体が以前の合併の結果であったと示唆しています。 2つのブラックホールの衝突によって形成された新しいブラックホールは、66太陽質量のブラックホールと融合し、重力波とLIGOとVirgoが受信した信号につながる可能性があります。

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