二つの怪物ブラックホールが100年で衝突コース、宇宙はどうやら待てないらしい

超大質量ブラックホールはほぼすべての大型銀河の中心に存在し、太陽の数百万倍から数十億倍もの質量で宇宙の秤を傾けている。なぜそんなに大きくなれるのかは頑固な謎のままだ。周囲のガスを降着させるのが一つの道筋だが、最大級の例を説明するにはどうやら遅すぎるらしい。他の巨大ブラックホールと合体するのが、欠けた説明の最有力候補である。

銀河の衝突は宇宙全体でよくあることなので、その中心ブラックホールもいずれは一緒になるはずだ。二つの銀河が合体すると、ブラックホールは近づき、互いを周回し始め、徐々に内側へ螺旋を描いてやがて一つになると予想される。しかし、その最終段階のモデル化は頭痛の種であり続け、天文学者は極めて近い距離で周回する超大質量ブラックホールのペアをこれまで確実に特定したことがない——衝突する銀河の証拠は豊富にあるにもかかわらず。

今、ボンのマックス・プランク電波天文学研究所（MPIfR）のシルケ・ブリッツェン率いる国際研究チームが、銀河Mrk 501の中心にまさにそのようなペアが存在することを示唆する直接的な観測証拠を発見した。この発見は『Monthly Notices of the Royal Astronomical Society』に掲載受理され、近くの号に予定されている。

天文学者は長い間、Mrk 501の中心ブラックホールが、ブラックホールを取り巻く極端な条件と強力な磁場に動力源を得て、光速に近い速度で強烈な粒子ジェットを宇宙空間に放っていることを知っていた。この系を調べるため、研究者らは約23年にわたり数十の別々の日に収集された、複数周波数での詳細な電波観測を精査した。広範なデータセットは驚くべきことを明らかにした。おなじみのジェットに加えて、その動きも追跡できる第二のジェットが存在したのだ。

この観測は、研究者らが銀河中心におけるそのような系の最初の直接撮像証拠と呼ぶものを提供し、第二の超大質量ブラックホールが存在することを強く示唆している。二つのブラックホール自体は天球上であまりに近接しているため、個別に分解することはできない。

「長い間探し続けて、そして第二のジェットが見えるだけでなく、その動きまで追跡できるとは完全な驚きでした」とブリッツェンは報告する。

宇宙のダンスを踊る二つの超大質量ブラックホール

以前から知られていたジェットは地球の方を向いており、そのため異常に明るく見え、比較的観測しやすい。新たに特定されたジェットは別の方向を指しており、それが長く隠れていた理由を説明する助けになる。

わずか数週間の観測で、天文学者は第二のジェットの位置に劇的な変化を認めた。それはより大きなブラックホールの背後から現れ、その周りを反時計回りに掃くように動くように見えた。その動きは繰り返され、系全体が規則的な軌道運動をしていることを示唆した。

「データを評価するのは船に乗っているような気分でした。ジェット系全体が動いているのです。二つのブラックホールの系がこれを説明できます。軌道面が揺れるのです」とブリッツェンは説明する。

研究者らはまた、2022年6月に系からの放射がリングを形成するように見えた異常な事象を特定した。アインシュタインリングとして知られるこの現象は、重力が光を曲げてリング状の見え方を生み出すときに起こる。一つの可能な説明は、二つのブラックホールと地球が一瞬だけちょうどよい具合に一直線に並び、手前のブラックホールの重力がレンズのように働いて、背後にある第二のジェットからの光を曲げたというものだ。重力レンズ効果と呼ばれるこの効果は、この系の性質へのもう一つの手がかりとなる可能性がある。

二つのブラックホールはわずか100年で合体するかもしれない

ジェットの変化と明るさの繰り返しパターンを調べることで、チームは二つのブラックホールが互いの周りを約121日ごとに一周しているように見えると計算した。推定される間隔は地球と太陽の距離のわずか250〜540倍——途方もなく聞こえるが、これらの天体が太陽の1億倍から