天文学：ブラックホール質量分布から得られた対不安定型ギャップの証拠

恒星理論は、対不安定型超新星に起因して、約50〜130 M_⊙にブラックホール質量の禁制領域が存在することを予測しているが、重力波天文学で、そのような質量分布の空白を裏付ける証拠を得るのは難しいことが分かっている。ブラックホール質量においてかつて示唆されていた45 M_⊙付近のカットオフは、その後、より質量の大きな連星ブラックホールの発見により消失した。本論文で我々は、LIGO–Virgo–KAGRAの突発的重力波カタログ第4版（GWTC-4）において、その下限が44⁺⁵₋₄ M_⊙（信頼度90％）となる対不安定型ギャップの証拠を報告する。このギャップは、主質量m₁（連星系の2つのブラックホールのうち質量の大きい方）の分布には見られないが、副質量m₂の分布には明確に現れる（m₂ ≤ m₁）。そのギャップの位置は、連星ブラックホールのスピン分布において以前に特定された遷移とよく一致しており、すなわち、主ブラックホールがギャップ内に位置する連星は、ギャップより低質量側にある連星に比べて、より高速で回転する傾向がある。我々は、これらの知見を、階層的合体の下位集団（主ブラックホールが、過去のブラックホール合体の生成物であるためにギャップ内に分布する連星）の存在を示す証拠であると解釈する。対不安定型ギャップの位置についての我々の測定結果から、300 keVにおける¹²C(α,γ)¹⁶OのS因子が260⁺¹⁹⁰₋₁₀₈ keV barnに絞り込まれた。

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