ハッブル、20年にわたる探索の末、オメガ・ケンタウリで「失われた」ブラックホールを初めて発見
日付: 2026-07-14
注目画像: [オメガ・ケンタウリ球状星団のハッブル画像; クレジット: NASA、ESA、ハッブルSM4 EROチーム]
20年にわたる探索の末、ハッブル宇宙望遠鏡を使用する天文学者たちは、天の川銀河で最も巨大な球状星団であるオメガ・ケンタウリの中心に理論上存在するはずの「失われた」ブラックホールの1つをついに発見した。
この発見はアストロフィジカル・ジャーナル・レターズに掲載され、星団内に約1万個の恒星質量ブラックホールが存在するという予測が現実であることを確認した。天文学者たちは、ほとんどのブラックホールが静穏で、検出可能なX線や電波を放出しないため、これまで発見できなかった。今回の新たな検出は、球状星団でブラックホールを見つけるためにこれまで使用されたことのない技術、つまり23年にわたる星の微小な重力のぐらつきを測定する精密アストロメトリに依存していた。
「これは信じられないほどエキサイティングな結果です」と、ユタ大学の学部研究者で本研究の筆頭著者であるマシュー・ウィテカー氏は語った。「何年もの間、ブラックホールがそこにあるはずだとわかっていましたが、ただ見ることができなかったのです。」
20年にわたるデータセット
oMEGACat BH-2と指定されたこのブラックホールは、太陽の4.46倍の質量を持ち、恒星質量範囲にしっかりと位置づけられ、既知の最大中性子星質量（約2.08太陽質量）をはるかに上回っている。その伴星は、高い離心率を持つ94年の軌道を周回する0.78太陽質量の主系列転移点星である。
この検出は、oMEGACatプロジェクトによって可能になった。同プロジェクトはハッブルの掃天観測用高性能カメラと広視野カメラ3を使用して、2002年から2023年の間に351回にわたってオメガ・ケンタウリを撮像した。チームは140万個の星の位置をサブピクセル精度で測定し、見えない大質量伴星の微妙な兆候を探した。2024年と2025年のジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による追加の2エポックが基線を延長し、精度を向上させた。チリの超大型望遠鏡のMUSE装置は、この星が星団に属することを確認した。
このブラックホールは最初、アストロメトリの異常としてフラグが立てられ、その星が空に曲線を描くことで、見えない伴星の重力の引っ張りが明らかになった。この連星は、その離心率の高い軌道で最も近い点である近星点付近で捉えられ、チームは部分軌道のみから質量を制約することができた。
なぜブラックホールは「失われた」のか？
地球から約18,000光年の距離にあるオメガ・ケンタウリは、約1,000万個の星を含み、天の川銀河に取り込まれた矮小銀河の剥ぎ取られた核であると考えられている。恒星進化モデルは、この星団の120億年の歴史の初期に死んだ大質量星から、数万個のブラックホールが形成されたはずだと予測している。
しかし、これまで直接検出されたものはなかった。以前の探索はX線と電波観測に依存しており、これらはブラックホールが近くのガスを積極的に消費している場合にのみ機能する。古い球状星団内のほとんどのブラックホールは静穏で、利用可能な物質をとっくに消費し尽くしている。視線速度サーベイは、軌道周期が日や年ではなく数十年単位で測られるため、実用的ではなかった。2021年のNGC 6397球状星団のハッブル研究では、周囲の星への重力の影響を通じてブラックホールの集中を発見したが、個々の天体を分解することはできなかった。
驚くべき特性
このブラックホールは、オメガ・ケンタウリの金属量の少ない環境に対してモデルが予測したよりも軽い。4.46太陽質量では、低金属量の星は巨大なブラックホールのみを生成するという仮定に挑戦している。この連星はまた、ほぼ間違いなく原始的なペアではなく、星団の高密度コアでの力学的相互作用によって組み立てられたものであり、これは球状星団内のほとんどのブラックホール連星の予想される形成経路である。
この連星はまた、驚くほど脆弱である。その結合エネルギーは星団の速度分散に比べて低く、約8億年以内に破壊されることを意味し、これは星団の年齢に比べて短い時間である。その検出はある意味で幸運だった。
恒星の墓場への新しい窓
この発見は、高密度の恒星環境で静穏なブラックホールを見つけるための強力な新しいツールとしてアストロメトリを検証するものである。この技術は他の球状星団にも適用可能であり、銀河バルジの広視野高解像度サーベイを実施するナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡などの将来の観測施設は、さらに多くのこのような連星を発見することが期待されている。
オメガ・ケンタウリのような球状星団は、LIGOやVirgoで検出可能な重力波を生成するブラックホール連星合体の主要な現場であると考えられている。これらの合体を供給する個々のブラックホールを見つけることは、その個体群を理解するための必須のステップである。
オメガ・ケンタウリはまた、2024年に同じチームによって報告された、中心に約8,200太陽質量の推定中間質量ブラックホールを有している。したがって、この星団は劇的に異なる質量規模のブラックホールを含んでおり、宇宙時間を通じたブラックホールの形成、力学、進化を研究するためのユニークな実験室となっている。
雅子 訳