【天文学】ブラックホールの歴史から重力波の謎を解く
Nature
2015年9月に初めて検出された重力波を発生させたブラックホール連星系の歴史が明らかになった。今回の研究は、この歴史と将来的な重力波の検出と重力波の原因を解明するための枠組みを示している。詳細を報告する論文が、今週掲載される。
2015年9月にレーザー干渉計重力波天文台（LIGO）の観測機器によって検出された重力波（GW150914）の発生源として作用したのは、合体する2つのブラックホールだった。
今回、Krzysztof Belczynskiたちは、2つのブラックホールからなる連星系の形成に関する複数の高精度数値モデルを用いて、この連星系が連星の進化によって生じたと主張し、2つのブラックホールの合体によって生じた重力波現象の特性を予測した。Belczynskiたちは、これらの数値モデルに基づいて、GW150914を発生させたブラックホールがかつては非常に質量の大きい星（太陽の質量の40～100倍）で、その崩壊によってブラックホール連星が生じ、その後合体したという計算結果を示している。また、Belczynskiたちは、こうした前駆天体が形成したのはビッグバンの約20億年後だった可能性が非常に高いと推測しており、地上に設置された重力波天文台の観測機器が最適感度を達成すれば、それぞれの総質量が太陽質量の20～80倍に相当するブラックホールの合体が毎年約1,000件のペースで検出できるようになると予測している。
この研究に関連したJ.J. Eldridge のNews & Views論文では「Belczynskiらの研究は、GW 150914によって明らかになった星と宇宙の進化に関する新たな制約条件の影響を調べるものであり、極めて興味深い。重力波信号が検出されるたびに新しい事実が判明することになるだろう」と結論づけられている。
The history of the black-hole binary system that gave rise to the gravitational waves that were detected for the first time in September 2015 is unravelled in a paper published in Nature this week. This study provides a framework to better understand this and future gravitational wave detections and their sources.
Two merging black holes acted as the source of the gravitational waves (GW150914) that were detected in September 2015 by the Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) instruments.
Krzysztof Belczynski and colleagues use high-precision numerical models of the formation of binary black holes, arguing that they result from the evolution of binary stars, to predict the properties of gravitational-wave events produced by merging binary black holes. On the basis of these models, the authors calculate that the black holes that gave rise to GW150914 were previously very massive stars (40 to 100 times the mass of the Sun) that collapsed to form binary black holes that subsequently merged. They also estimate that these progenitor stars probably formed about two billion years after the Big Bang. The authors predict that, once instruments at ground-based gravitational-wave observatories acquire optimal sensitivity, about 1,000 black-hole mergers, each with a total mass 20 to 80 times the mass of the Sun, will be detected each year.
“Belczynski and colleagues’ study is tremendously exciting because it examines the effects of a new constraint on how stars and the Universe evolve, identified by GW 150914. With each gravitational-wave signal detected we’ll learn something new”, concludes J.J. Eldridge in a related News & Views article.
doi: 10.1038/nature18322
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