天文学者は地球上で最も近いブラック ホールを発見しました – 宇宙の裏庭で

ハワイのジェミニ北望遠鏡が最初の休眠星団を明らかに[{” attribute=””>black hole in our cosmic backyard.

Using the International Gemini Observatory, astronomers have discovered the closest-known black hole to Earth. This is the first unambiguous detection of a dormant stellar-mass black hole in the Milky Way. Located a mere 1600 light-years away, its close proximity to Earth offers an intriguing target of study to advance our understanding of the evolution of binary systems.

Black holes are the most extreme objects in the Universe. It is believed that supermassive versions of these unimaginably dense objects reside at the centers of all large galaxies. Stellar-mass black holes — which weigh approximately five to 100 times the mass of the Sun — are much more common. In fact, there are an estimated 100 million stellar-mass black holes in the Milky Way alone. However, only a handful have been confirmed to date, and nearly all of these are ‘active’. This means that they shine brightly in X-rays as they consume material from a nearby stellar companion, unlike dormant black holes which do not.

Astronomers have now discovered the closest black hole to Earth, which the researchers have dubbed Gaia BH1. To find it, they used the Gemini North telescope in Hawai‘i, one of the twin telescopes of the International Gemini Observatory, operated by NSF’s NOIRLab.

Gaia BH1 is a dormant black hole that is about 10 times more massive than the Sun and is located about 1600 light-years away in the constellation Ophiuchus. This means it is three times closer to Earth than the previous record holder, an X-ray binary in the constellation of Monoceros. The new discovery was made possible by making exquisite observations of the motion of the black hole’s companion, a Sun-like star that orbits the black hole at about the same distance as the Earth orbits the Sun.

このアニメーションは、約 1,600 光年離れた地球に最も近いブラック ホールであるガイア BH1 を周回する太陽のような星を示しています。 NSF の NOIRLab が運営するジェミニ国際天文台のツイン望遠鏡の 1 つであるジェミニ ノースの観測は、軌道運動を制約し、連星系の 2 つの構成要素の質量を制約するために重要であり、チームは中心天体を次のように識別できました。太陽の約10倍の質量を持つブラックホール。 クレジット: T. Müller (MPIA)、PanSTARRS DR1 (KC Chambers et al. 2016)、ESA/Gaia/DPAC

天体物理学センターの天体物理学者であるカリム・エル・バドリは、「太陽系を考えて、太陽がある場所にブラック ホールを置き、太陽がある場所に太陽を配置すると、このシステムができあがります」と説明します。 ハーバード、スミソニアン、マックス プランク天文学研究所、およびこの発見を説明する論文の筆頭著者であり、11 月 2 日に 王立天文学会の月例通知.

そのようなシステムの多くの主張された発見がありましたが、これらの発見のほとんどすべてはその後反駁されました. これは、私たちの銀河系の恒星質量ブラック ホールの周りの広い軌道にある、太陽のような星の最初の明確な発見です。」

天の川銀河には何百万もの恒星質量のブラック ホールが存在しますが、伴星との活発な相互作用を通じて発見されたものはほとんどありません。 近くの星からの物質がブラック ホールの方向に回転すると、非常に高温になり、強力な X 線と物質のジェットが生成されます。 ブラック ホールが積極的に摂食していない場合 (つまり、眠っている場合)、単に周囲と融合します。

「私は過去 4 年間、さまざまなデータ セットと方法を使用して、休眠中のブラック ホールを探してきました」と Al-Badri 氏は述べています。 「私の以前の試みは、他の試みと同様に、ブラックホールになりすました連星系の配列を生み出しましたが、研究が実を結ぶのはこれが初めてです。」

チームは当初、データを分析することで、このシステムがブラック ホールをホストしている可能性があることを特定しました。 欧州宇宙機関 ガイア宇宙船. ガイアは、目に見えない巨大な物体の重力によって引き起こされる星の動きの微細な不規則性を捉えました。 このシステムをより詳細に調査するために、Al-Badri と彼のチームは、ブラック ホールを周回するときの伴星の速度を測定し、その軌道の周期の正確な測定値を提供するジェミニ ノースのジェミニ マルチオブジェクト スペクトログラフ装置に目を向けました。 . ジェミニのフォローアップ観測は、軌道運動を制約し、連星系の 2 つの成分の質量を制約するために重要であり、チームは中心の天体を太陽の質量の約 10 倍のブラック ホールとして特定することができました。

Al-Badri は、「ジェミニのフォローアップの観測により、連星には通常の星と少なくとも 1 つの休止中のブラック ホールが含まれていることが疑いの余地なく確認された」と説明しました。 「少なくとも1つのブラックホールを含まない系の観測された軌道を説明できる、もっともらしい天体物理学的シナリオを見つけることができませんでした。」

チームは、ジェミニ ノースの優れた監視機能だけでなく、フォローアップ観測を行う時間が短かったため、厳しい締め切りでデータを提供するジェミニの能力にも依存していました。

「系にブラック ホールが含まれているという最初の兆候があったとき、2 つの天体が軌道上で最も接近するまで 1 週間しかありませんでした。連星系の質量を正確に推定するには、この時点での測定が必要です」と Al 氏は述べています。 -バドリは言った。 「短期間でフィードバックを提供する Gemini の能力は、プロジェクトの成功に不可欠でした。その短い期間を逃した場合、さらに 1 年待たなければなりませんでした。」

ガイア BH1 の特異な形成がどのように生じたかを説明するために、連星系の進化に関する天文学者の現在のモデルを強く主張することは困難です。 具体的には、後に新たに発見されたブラック ホールになった元祖の星は、太陽の少なくとも 20 倍の質量でした。 これは、彼女が数百万年しか生きなかったことを意味します。 両方の星が同時に形成された場合、その巨大な星はすぐに超巨星になり、太陽のような水素を燃焼する適切な主系列星になる前に、もう一方の星を膨らませて飲み込みます。

連星ブラックホールの観測が示唆するように、太陽質量の星がどのようにしてそのリングを生き残り、一見普通の星になるのかはまったく明らかではありません。 生存を可能にするすべての理論モデルは、太陽質量星が実際に観測されているよりも狭い軌道で終わったはずだと予測しています。

これは、ブラック ホールが連星系でどのように形成および進化するかについての理解に重要なギャップがあることを示している可能性があり、連星系にまだ調査されていない休止中のブラック ホールのグループが存在することを示唆している可能性があります。

「興味深いことに、このシステムは標準的なバイナリー進化モデルでは簡単に適応させることができません」と Al-Badri は結論付けました。 「この連星系がどのように形成されたか、潜んでいるブラックホールがいくつあるかについて、多くの疑問が生じます。」

「宇宙と地上の観測所のネットワークの一部として、ジェミニ ノースはこれまでに最も近いブラック ホールの強力な証拠を提供しただけでなく、ブラック ホールと相互作用する通常の高温ガスに配置された最初のオリジナルのブラック ホール システムも提供しました。 NSF 財団のジェミニ プログラム担当者であるマーティン スティールは次のように述べています。 「これは、私たちの銀河系で予想される休止中のブラックホールのクラスターの将来の発見を予見する可能性がありますが、観測は解決すべき謎も残しています.エイリアンの隣人と歴史を共有しているにもかかわらず、なぜこの連星系の伴星はこれほど正常なのでしょうか?」

参照: 「ブラック ホールを周回する太陽のような星」Karim Badri、Hans Walter Rex、Elliot Quatert、Andrew W. Howard、Howard Isaacson、Jim Fuller、Keith Hawkins、Katelyn Breivik、Kazi WK Wong、Antonio C. Rodriguez、Charlie 著Conroy、Glamour Shahav、Tsvi Mazeh、Frédéric Arino、Kevin B. Berdge、Dolev Bachi、Simchon Weigler、Daniel R. Weisz、Rhys Seiberger、Silvia Almada Münter、Jennifer Wuino、2022 年 11 月 2 日、 王立天文学会の月例通知.
DOI: 10.1093/mnras/stac3140

ジェミニ北ノートは、ディレクターの推定時間プログラム (プログラム ID: GN-2022B-DD-202) の一部として実施されました。

ジェミニ国際天文台は、国立科学財団を通じて米国、カナダ国立研究評議会を通じてカナダ、Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo を通じてチリ、科学技術省を通じてブラジルを含む 6 か国のパートナーシップによって運営されています。 e Inovações、アルゼンチン、Ministerio de Ciencia、Tecnología e Innovación を通じて、韓国は韓国天文宇宙科学研究所を通じて。 これらの参加者と、Gemini に定期的にアクセスできるハワイ大学は、ローカル ユーザーをサポートするためにそれぞれ「Gemini National Office」を維持しています。