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ブラックホールと中性子星の中間にある未知の天体を初観測

どうも!宇宙ヤバイch中の人のキャベチです。

今回は「未知のコンパクト天体を初観測」というテーマで動画をお送りしていきます。

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Credit: N.FISCHER AND COLLEAGUES

2019年8月、地球からはるか8億光年も離れた場所で起きた、太陽の23倍の質量を持つブラックホールと、太陽の2.6倍程度の質量を持つコンパクトな天体が合体する瞬間の重力波が捉えられました

ここまで質量差がある天体同士の衝突による重力波は非常に珍しいことに加えて、小さい方の太陽の2.6倍程度の質量を持つ天体の方が極めて重要な性質を持っているため、つい先日の発表でかなり大きな話題を呼んでいます!

ブラックホールと中性子星の境界は曖昧

今回のニュースがいかにすごいのかを知るために、まずはブラックホールと中性子星の境界についてのお話を軽くさせていただきます!

ブラックホールと中性子星は両方とも、太陽の8倍以上の質量を持った大質量の恒星が一生の最期に超新星爆発という大爆発現象を起こす際、星の核が星自身の重力によって急激に圧縮されることで生成される天体です。

 

そのため中性子星はとてつもなく高密度な天体で、直径20-30㎞程度の球の中に地球の50万倍程度の質量が詰まっています!!

中性子星1cm~3あたり数億トンという密度になるそうです。

そんな中性子星ですら形を維持できなく程重力が強いと、星の核は中性子星すら通り越してブラックホールになります!

このように、中性子星には質量の上限があり、それを超えてしまうとブラックホールになってしまうと考えられているんですね!

中性子星とブラックホールの境界線についてはまだはっきりとした数値が解明されていません

この境界については最大の中性子星と最小のブラックホールをたくさん観測することで徐々に差を埋めていく他ありません。

実際にこれまで観測されてきたもので最大の中性子星の質量は太陽の2.14倍程度、最小のブラックホールは3.3倍程度であると考えられているので、少なくとも2天体の境界線はその間にありそうです!

太陽の2.6倍の質量を持つ天体の正体は!?

Credit: LIGO-Virgo/ Frank Elavsky & Aaron Geller (Northwestern)

それでは今の境界の話を踏まえた上で今回の主題となるニュースに戻ると、太陽の23倍程度の質量を持つブラックホールと太陽の2.6倍程度の質量を持つコンパクトな天体が衝突合体したとのことでした。

太陽の2.6倍程度の質量を持つコンパクトな天体は間違いなく中性子星かブラックホールのどちらかではあるのですが、まさに2天体の境界線付近にある質量であることがわかりますね

この天体は現在のところ中性子星なのかブラックホールなのか不明ですが、既知の中で最大の中性子星の質量は太陽の2.14倍程度、最小のブラックホールは3.3倍程度なので、どのみち大幅に2天体の境界線に近付いたと言えます!

今回は衝突によって発生した重力波を捉えましたが、それと同時に様々な光を観測できることもあります。

ですが現在のところ、重力波以外の情報を得ることができていません

その理由としては大きく3つのシナリオが考えられます。

1つ目に、地球から8億光年も離れているために遠すぎて光が観測できなかったという可能性です。

2つ目に、衝突した天体が2つともブラックホールだった可能性もあります。

太陽の2.6倍の質量を持つ天体もブラックホールだった場合、衝突時に光が放たれることは無いと考えられています。

3つ目に、2天体の質量差が大きすぎたことです。

仮に太陽の2.6倍質量の天体が中性子星であったとしても、質量差が大きすぎるとブラックホールが中性子星を容易に丸呑みしてしまうため、光が放たれる間もないそうです!

現時点では衝突した天体はブラックホールと中性子星のどちらの可能性も否定できていないため、今後さらにこの天体の解明に向けて研究が続けられることでしょう。

今回のような際どい質量を持つ天体がこれからもたくさん観測されて行って、ブラックホールと中性子星の質量の境界線が明らかになるのも楽しみです!

クォーク星の可能性も!?

Credit:天文学辞典(日本天文学会)

おまけ的な内容となりますが、実はブラックホールと中性子星の間に、これらとは全く別のタイプの天体が存在している可能性もあります!

それは、「クォーク星」と呼ばれる天体です。

先ほどは超新星爆発が起こった際、中性子星の構造が維持できなくなるほど質量が大きく重力が強いとブラックホールになると説明しました。

ですが原子核の中にある中性子や陽子は、クォークと呼ばれるさらに小さな素粒子が3つ集まってできていると考えられています。

つまり重力が強すぎて中性子星の構造を維持できなくなった時、すぐにブラックホールになるのではなく、さらに細かいクォークに分解されて、クォークだけでできたクォーク星として安定して存在する可能性もあるんですね!

Credit:NASA

クォーク星は中性子星よりもさらに圧縮が進んだ段階なので、さらに小さく高密度であると考えられます。

ですがクォーク星は中性子星とブラックホールとは異なり未だにその存在の確証がなく、理論上の天体と言う域を出ていないため、その性質についても謎が多いようです。

更に最近、中性子星の合体によって発生する重力波を詳細に調べた結果、太陽の2倍ほど重くブラックホールになるギリギリの状態の中性子星の中心部はクオークによって支えられてる可能性も出てきました。

もしかしたらクオーク星と中性子星のさらに中間にいる特殊な星もあるかもしれませんね。

中性子星よりもさらに一段階ヤバイ天体であるクォーク星が仮に存在するとしたら、いつかそれが観測され、そのヤバすぎる性質が明らかになっていくことに期待していましょう!

クォーク星の形成や構造については別の動画でさらに詳しく掘り下げているので、興味がある方は下記の記事も合わせてそちらもご覧になってみてください!

中性子星よりさらにヤバイ天体「クォーク星」が半端ない

結論:中性子星とブラックホールの境界の世界は面白い!

情報参照元:https://scitechdaily.com/mystery-astronomical-object-in-mass-gap-discovered-by-ligo-virgo-gravitational-wave-observatory/

サムネイル画像クレジット: LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)

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