最も重い質量のブラックホールは星からではなく、大きな空洞が合体することで形成されると、科学者たちは発見した。

最も巨大なブラックホールの起源に対する新たな視点

研究者は、GWTC‑4 カタログで記録された 153 件のブラックホール合体イベントを調査し、約 45 M⊙ を超える質量の天体が星の死後に直接形成されないことを結論付けた。代わりに、既存のブラックホールが頻繁に衝突・合体する古い星の密集クラスタ内で形成されると考えられる。

調査内容
- イベント：LIGO、Virgo、KAGRA によって検出された 153 件のブラックホール合体。
- 目的：最も重い天体が超大質量星の崩壊直後に生まれるのか、それとも一連の後続合体を経て現れるのかを解明すること。

主要な結論
1. ブラックホールの二つのグループ
- *小質量*（約 45 M⊙ 以下）– 超大質量星の核崩壊と超新星爆発により生まれる可能性が高い。
- *大質量*（> 45 M⊙）– 回転と軸方向が多重合体を示唆し、密集クラスタ内で何度も合体した結果である。

2. 「質量の失敗」問題
理論によれば、特定の質量範囲に入る星は死後ブラックホールを残さず、爆発が核を完全に破壊する。失敗の下限は約 45 M⊙ に位置し、単一星から直接巨大ブラックホールを形成する確率は低い。

3. 合体チェーンシナリオ
- 最初の合体後に質量が増加し、密集クラスタ内で二度目の衝突が起こりやすくなる。
- こうして 45 M⊙ を超える天体が形成される。

専門家のコメント
- イザベル・ロメロ‑ショウ：「大質量ブラックホールは高速回転し、軸方向がランダムに見える。これはクラスタ内で多重合体を期待するシグナルだ。」
- ファビオ・アントニーニ（カーディフ大学）：「今の課題は、これらの天体がどのように形成されるかだけでなく、それらが星進化モデルを修正しているかどうかである。」

結論
結果は、重いブラックホールを生成する上で密集星クラスタの役割の重要性を強調し、単一星から直接巨大ブラックホールが形成されるという従来の考え方に疑問を投げかける。コンパクト天体進化モデルには多重合体を組み込む必要があることを示している。