近づく双子の天体、ブラックホール合体への道も開く

宇宙には、二つの天体が互いの周りを回る「連星」が数多く存在します。このような天体がどうやって距離を縮め近づくのか、その様子をスーパーコンピュータによるシミュレーションが描き出しました。この結果は、星だけではなく、巨大ブラックホールの合体にも深く関わってくると考えられます。

太陽のような星は、必ずしも単独で生まれるわけではなく、二つ以上の星が連星として生まれることがあります。しかし、近い距離で回り合う連星が、どのようにして近づいたのかは、長年の謎でした。二つの天体が近づくためには、回転の勢いを小さくする必要があります。星の材料となるガスが連星の動きに影響を与えると考えられていますが、これまでの研究ではガスによってむしろ連星が引き離されてしまう場合もあることが示されていました。

法政大学、東京大学、北京大学の研究者から成る研究チームは、連星の周りに外側からガスが流れ込む場合に、連星の周囲に存在する磁場の効果を取り入れるとどのようなことが起こるのかを考えました。磁場は、宇宙ではガスの流れを大きく変える重要な役割を果たすことが知られています。研究チームは、国立天文台の天文学専用スーパーコンピュータ「アテルイII」、「アテルイIII」を用いた大規模シミュレーションによって、磁場がある場合の連星の周りのガスの動きと、連星の動きの変化を、詳細に調べることに成功しました。

シミュレーションの結果、磁場の効果を入れた計算では、連星の間隔が少しずつ縮んでいくことが分かりました。連星の周囲には磁場によって乱れたガスの流れが生じ、さらに磁場に沿うようにガスが上下方向へ吹き出していく様子が、シミュレーションによって描き出されました。これらのガスの動きによって、連星が持っていた回転の勢いが外側へ運び去られ、連星の距離が近づいていきました。

この結果は、星同士の連星だけでなく、太陽の数百万倍以上もの質量を持つ巨大ブラックホール同士にも応用することができます。銀河同士が合体すると、それぞれの中心にあった巨大ブラックホールもペアを作ると考えられます。しかし、そのペアが最終的に合体するためには、まず互いの距離を大きく縮める必要があります。本研究で示したガスと磁場の働きは、巨大ブラックホールのペアを、最後は重力波によって合体できるほど近い距離まで近づける新しい道筋を与えるものです。

本研究は、外から流れ込むガスと磁場の効果を考慮したシミュレーションに成功し、ペアの天体同士が近づく新しいシナリオを描き出しました。双子の恒星の形成過程と巨大ブラックホール連星の合体という、一見まったく異なる天体現象を同じ物理の仕組みで理解できる可能性を切り開いた成果です。

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