Research press release

【天体物理学】連星ブラックホールの起源を重力波から突き止める

Nature

Astrophysics: Gravitational waves used to probe the origins of binary black holes

3つの重力波シグナルと第4の重力波となり得る候補シグナルの解析結果を報告した論文が、今週掲載される。この研究結果は、連星ブラックホールの形成と進化の過程について解明を進めるものといえる。

連星ブラックホールの合体によって生じる重力波を調べると、このブラックホール系の形成に関する貴重な手掛かりが得られる可能性がある。連星ブラックホールの形成に関しては少なくとも2つのシナリオが存在すると考えられており、連星ブラックホールにおけるスピンの組み合わせ(ブラックホールを形成する物質の角運動量)を調べることは、この2つの競合する学説を検証する方法となる可能性がある。同時期に誕生した一対の星(連星)に由来するブラックホールの場合は、それぞれのブラックホールのスピンの向きが同じだと予想されており、すでに崩壊した星の力学的相互作用によって形成したブラックホールの場合には、それぞれのスピンの向きが異なっている可能性が非常に高いと考えられている。

今回、Will Farrたちの研究グループは、2015年に発見されたGW150914、LVT151012、GW151226と2017年に発見されたGW170104という合計4つのブラックホール合体現象のスピン特性を調べた。もしこれらのブラックホールのスピン速度が天の川銀河で観測されたブラックホールと同等であれば、スピンの向きはランダムに決まり、連星がブラックホールになった後で合体が起こったことが示唆される。Farrたちは、ブラックホール合体現象の観測がわずか10回加われば、高い信頼性で連星ブラックホールの起源を断定できる可能性があるという見方を示している。これまでは、このレベルの信頼性を達成するためにかなり多くのブラックホール合体現象を発見する必要があると考えられていた。

同時掲載のSteinn SigurdssonのNews & Views論文では、このFarrたちの研究結果は「(連星ブラックホールの)形成に関する主要な学説を検証するために必要なデータの数を示し、必要な観測数が近い将来に達成される可能性のあることを明らかにした点が重要」だと指摘されている。

Analysis of three gravitational wave signals and of a fourth possible gravitational wave candidate, reported in this week’s Nature, adds to our understanding of how black hole pairs form and evolve.

Studying gravitational waves from merging pairs of black holes can provide valuable clues to the formation of such systems. There are considered to be at least two different scenarios for binary black hole formation and looking at the combination of the spins of the black holes (the angular momentum of the material from which the black holes formed) could provide a way to test these competing theories. If the black holes came from pairs of stars that were born together, the spins would be expected to be aligned, whereas if the system formed through dynamical interactions among already-collapsed stars, the spins would probably be misaligned.

Will Farr and colleagues examined the spin properties of four black hole merger events, three detected in 2015 (GW150914, LVT151012, GW151226) and one in 2017 (GW170104). If these black holes were spinning as fast as those observed in our own galaxy, then the findings indicate that they probably have a random alignment, suggesting that the mergers took place after the stars had already become black holes. The authors suggest that with as few as ten additional detections, it may be possible to conclude with confidence the origin of black hole binaries; it was thought previously that many more detections would be needed to achieve this level of confidence.

In an accompanying News & Views article, Steinn Sigurdsson writes that the results are “important because they tell us how many data are needed to test the main formation theories, and show that the number of required observations is likely to be achieved in the near future.”

doi: 10.1038/nature23453|英語の原文

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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