宇宙物理学：太陽質量の40～100倍の範囲にある2つの星の孤立した進化に由来する最初の重力波源
Nature 534, 7608 doi: 10.1038/nature18322
質量が太陽の約30倍の2つの大質量ブラックホールの合体が、重力波で検出された。この発見により、重力波が最初に検出されるのは大質量のブラックホール連星であろうという最近の予測が実証された。しかし、これまでの計算は、関連するブラックホール連星の前駆天体、すなわち大質量で低金属量の連星というものを十分な精度で示してもいなければ、数桁を上回る確実な予測を可能にする十分に現実的な物理を考慮してもいなかった。本論文では、孤立した連星の進化を通した連星系ブラックホールの形成に関する高精度数値シミュレーションを報告し、最初の重力波源GW150914を説明するとともに、後に生じたブラックホール連星の重力波現象の特性を予測するための枠組みを示す。我々のモデルは、こうした事象が、金属量が太陽の10％未満の環境で生じ、共通外層期に質量輸送を通して相互作用する初期質量が太陽質量の40～100倍の星が関与していることを示唆している。これらの前駆天体は、ビッグバンのおそらく約20億年後、もしくはより可能性は低いが110億年後に形成されたと考えられる。ブラックホール連星の大半は、超新星爆発を伴わずに形成され、それらの自転は誕生以来ほとんど変化しないが、平行である必要はない。我々が提案する、もって生まれた低速のキック（ブラックホールが誕生したときの自転速度）と制約された共通外層の進化を伴う、散在したブラックホール連星の古典的形成では、球状星団での力学的な形成経路で生じるよりも、ブラックホール連星の合体が約40倍多く生じる。我々が予測するこうした合体の検出率は、均一な進化経路で生じるものと同程度である。今回の計算から、地上に設置された第二世代の重力波観測装置が完全な感度に到達したあかつきには、合計質量が太陽質量の20～80倍のブラックホールの合体が、1年当たり約1000件検出されると予測される。
