奇妙に光るブラックホールの謎に「白色矮星」が関連している可能性

地球から2億7000万光年離れた超巨大ブラックホール「1ES 1927+654」は、ブラックホール環境に関する従来の理論に反する動きが観察されており、その予測不可能な状態が研究者や天文愛好家から注目されています。マサチューセッツ工科大学(MIT)の物理学者らがアメリカ天文学会第245回会議で発表した研究では、ブラックホールとしては異様な観察結果は「白色矮星(はくしょくわいせい)」と呼ばれる恒星の残骸が原因だと結論付けています。

[2501.01581] Millihertz Oscillations Near the Innermost Orbit of a Supermassive Black Hole
https://arxiv.org/abs/2501.01581

A strange black hole is acting even stranger | Mashable
https://mashable.com/article/black-hole-white-dwarf-star-mystery

「1ES 1927+654(以下、1ES)」と名付けられた太陽100万個分の質量を持つとされる天体は、過去にブラックホールを包み込むコロナの層が突然消えてその後戻ってきたり、18分ごとだったX線光の放射頻度が時間経過と共に7分まで短縮されたりと、これまでのブラックホールの観察で前例のない動きを繰り返しています。2020年の研究では、1ESの極端な動きはブラックホール周囲の磁場の不安定性と関連していると示され、従来のブラックホールの集積モデルにも疑問が投げかけられました。

2025年1月12日から16日まで開催されたアメリカ天文学会第245回会議において、MITの物理学者であるミーガン・マスターソン氏らは1ESに関する新たな見解を示しました。

研究によると、1ESの異様な動きはブラックホールにかなり接近した「白色矮星」が原因であるとのこと。白色矮星とは死んだ恒星の残骸であり、電子が縮退した物質によって構成されています。太陽を基準にして説明すると、質量は太陽と同程度な一方で体積は地球と同程度しかなく、きわめて高密度であることが特徴です。

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論文では、超巨大ブラックホールである1ESの周辺で、非常に重要なmHz周波数の重力波イベントを発見したと報告しています。準周期振動(QPO)と呼ばれるこの現象は、天体から放射されるX線が特定の周波数付近で明滅する現象のことで、白色矮星やブラックホールなどで観察されます。

マスターソン氏らは、1ESの周囲で何が異常なエネルギーバーストを引き起こしているのかシミュレーションを実施しました。このとき、従来のモデルでは1ESで観察されたQPOのすべてを説明できなかったため、X線モニタリングを含めたテストが重要になったそうです。結果として、白色矮星がブラックホールにかなり接近したことで、ブラックホール周囲の高密度の外装を剥がし、X線のパルスを発生させた可能性があると示されました。また、放射頻度が早くなったのは、白色矮星がよりブラックホールに近づいたためであると説明できます。

MITの物理学准教授であるエリン・カラ氏は「通常は天体がブラックホールに近づくと細かく砕かれて、その後ブラックホールから遠ざかっていきます。しかし、白色矮星は高密度でコンパクトなため、バラバラにするのが非常に難しく、ブラックホールに非常に近いところに存在し続けている可能性があります。このシナリオが正しければ、この白色矮星は現在転換点にあり、今後はブラックホールから遠ざかっていくのを観察できるかもしれません」と語りました。