重力波を研究する科学者たちは、宇宙がどのようにして最大のブラックホールを作り出すのかを解明したと考えている。ネタバレ：それは通常の劇的な恒星の崩壊ではない。代わりに、これらの宇宙のヘビー級選手は常習犯であり、東京のラッシュアワーの地下鉄よりも密集した星団内部での複数回の衝突を通じて成長する。

カーディフ大学が主導したこの研究は、LIGO-Virgo-KAGRA重力波過渡カタログ（GWTC4）バージョン4.0を調査した。これには153の信頼できるブラックホール合体が記録されている。チームはNature Astronomyに発表し、最大のブラックホールが「第二世代」の天体であるかどうかに焦点を当てた。つまり、死んだ星からのブラックホールが衝突し、その後、星が私たちの太陽近傍よりも最大100万倍密に詰め込まれた高密度の恒星環境で再び合体する。

「重力波天文学は今やブラックホール合体を数えるだけではありません」と、カーディフ大学の筆頭著者であるFabio Antonini博士は述べた。「ブラックホールがどのように成長し、どこで成長し、それが大質量星の生と死について何を教えてくれるのかを明らかにし始めています。」分析により、2つの異なるブラックホール集団が特定され、より重いものは特異なスピン挙動を示した。つまり、ランダムな方向への高速スピンであり、まさに密集した星団での繰り返しの合体から予想されるものだ。

「最も驚いたのは、高質量ブラックホールが別個の集団として明確に際立っていることでした」と共著者のIsobel Romero-Shaw博士は付け加えた。「低質量のシステムとは異なり、高質量のシステムはより高速で、ランダムな方向を向いたスピンを持つことと一致しています。これは、ブラックホールが密集した星団で繰り返し合体している場合に予想される正確なシグネチャーです。」

この研究はまた、約45太陽質量付近の謎の「質量ギャップ」の証拠を強化している。この質量では、特定のサイズの星が非常に激しく爆発するため、ブラックホールを残さないはずである。「現在のサンプルで最大のブラックホールは、恒星進化だけでなく、星団のダイナミクスについても教えてくれているようです」とAntoniniは指摘した。「約45太陽質量以上ではスピン分布が変化します…これは、これらのブラックホールが密集した星団での以前の合体をすでに経験しているとすれば自然に説明できます。」

今後、研究者たちはこのデータが大質量星内部の核物理学を探るのに役立つ可能性があると示唆している。なぜなら、対不安定性質量ギャップは恒星核内の反応に依存するからだ。「将来的には、重力波データが科学者が核物理学を研究するのに役立つかもしれません」と共著者のFani Dosopoulou博士は述べた。なぜなら、複数の宇宙の衝突事故を経験したブラックホールほど「核物理学」を体現するものはないからだ。