連星ブラックホールの質量分布がペア生成超新星の存在を裏付け

重力波の観測データ解析に基づき、ペア生成超新星の存在を強く支持する証拠が確認された。この発見は、単一の巨大恒星の直接的な終焉からは形成されないとされるブラックホールの「禁制領域」に関する理論的予測を実証するものである。この重要な知見は、2026年4月1日に学術誌『Nature』に掲載され、オーストラリアのモナシュ大学の研究者を中心とする国際チームが主導した。

詳細な分析では、連星ブラックホールの質量分布にギャップが存在することが特定され、特に連星系における質量の小さい方のブラックホールに焦点が当てられた。鍵となる数値データによれば、太陽質量の45倍を超えるブラックホールが稀であるのは、それらの母体となった恒星がペア生成超新星として完全に爆発した可能性が高いことを示唆している。本研究には、モナシュ大学の大学院生であるTong Hui氏、トロント大学CITAのMaya Fishbach教授、およびOzGravの主任研究員であるEric Thrane教授らが関与している。

本研究が取り組んだ中心的な問いは、最も質量の大きい恒星が、ブラックホールへと崩壊するのか、あるいは完全に爆発し尽くすのかという、その最期の姿を解明することであった。Tong Hui氏は、観測データが禁制質量範囲内に恒星起源のブラックホールが存在しないことを示しており、これは母体恒星がペア生成超新星を経験した結果であると結論付けている。Fishbach教授は、この結果がペア生成超新星の間接的な証拠を提供し、ブラックホールが度重なる合体を介して成長するというメカニズムを裏付けていると述べている。

この天文学的発見は、宇宙で最も質量の大きい恒星の生と死に関する長年の疑問に一つの区切りをつけるものであり、科学者がブラックホールの観測を通じて恒星の核反応を研究することを可能にする。従来の理解では、ほとんどの巨大恒星はブラックホールに崩壊するが、ある質量閾値を超えると、残骸を残さないペア生成超新星を起こすとされてきた。Fred HoyleとWilliam Fowlerが1964年に初めて予測したこの現象は、その稀少性から観測が困難であったが、LIGO-Virgo-KAGRA観測網の重力波データによって、その存在が間接的に確認された形である。

この分析の堅牢性は、LIGO-Virgo-KAGRA観測ネットワークから得られた実測データに依拠し、複雑な天体物理学理論を検証した点にある。この発見の強みは、激しい恒星の最期を追跡すると同時に、合体によるブラックホールの成長機構を検証するという二重の確認にある。OzGravの主任研究員であるThrane教授は、「我々はブラックホールを利用して、恒星内部の核反応について学ぶことができる、興味深い結果だ」とコメントしており、さらなるデータによるギャップの確認は、ブラックホールの形成史、そしてより根本的には宇宙の巨大恒星が関与するダイナミクスに関する重要な洞察をもたらすとチームは述べている。この研究は、ブラックホールが単なる恒星の崩壊だけでなく、既存のブラックホール同士の合体によっても成長するという、現代の宇宙論における重要な側面を裏付けるものである。