2016年1月、レーザー干渉計重力波観測所（LIGO）の研究者たちは、重力波の初めての検出を発表したとき、歴史を築きました。国立科学財団（NSF）がサポートし、CaltechとMITが運営するLIGOは、アインシュタインの一般相対性理論によって予測され、ブラックホールの合併によって引き起こされる波の研究に専念しています。
カリフォルニア大学アーバイン校の宇宙論センターからの天文学者チームによる新しい研究によると、そのような合併は私たちが思っていたよりもはるかに一般的です。ブラックホールの計算と分類を目的とする宇宙の調査を実施した後、UCIチームは銀河に1億ものブラックホールが存在する可能性があることを決定しました。これは重力波の研究に大きな影響を与える発見です。
彼らの発見を詳述したこの研究は、「ブラックホールの数え上げ：宇宙の恒星の残存人口とLIGOへの影響」と題して、最近 王立天文学会の月次通知。 カリフォルニア大学アーバイン校の物理学と天文学科のポスドクの学生であるオリバーD.エルバートが率いるチームは、LIGOによって検出された重力波信号の分析を行いました。
彼らの研究はおよそ1年半前、LIGOが重力波の最初の検出を発表した直後に始まりました。これらの波は、それぞれ質量が約30太陽と同等である2つの離れたブラックホールの合併によって作成されました。カリフォルニア大学アーバイン校の物理学と天文学の教授であり、論文の共著者でもあるジェームズブロックとして、UCIプレスリリースで次のように説明しています。
「基本的に、重力波の検出は、アインシュタインの一般相対性理論の主要な予測の確認であったため、非常に大きな問題でした。しかし、次に、実際の結果の天体物理学、2つの30太陽質量ブラックホールの合併を詳しく調べました。それは驚くべきことであり、「このサイズのブラックホールはどのくらい一般的で、どのくらいの頻度で融合するのですか？」
伝統的に、天文学者たちはブラックホールは通常太陽とほぼ同じ質量であると考えてきました。そのため、彼らは、LIGOによって行われた複数の重力波の検出を、銀河形成について知られているものに関して解釈しようとしました。これに加えて、彼らはまた、将来のブラックホールの合併を予測するためのフレームワークを作成しようとしました。
このことから、天の川銀河には最大1億個のブラックホールが存在し、そのうちの1000万個は推定質量が約30の太陽質量であると結論付けられました。つまり、一方、2016年のLIGO。一方、私たちの銀河の中心から約250,000 lyの距離を周回するドラコドワーフのようなドワーフ銀河は、約100個のブラックホールをホストします。
彼らはさらに、今日、ほとんどの低質量ブラックホール（約10太陽質量）は1兆の太陽質量（大規模銀河）の銀河内に存在し、大規模ブラックホール（約50太陽質量）は約100億の太陽質量を持つ銀河内にあると決定しました（すなわち、矮小銀河）。銀河の質量と恒星の金属性の関係を検討した後、銀河のブラックホール数をその恒星の質量の関数として解釈しました。
さらに、ブラックホールがペアで発生する頻度、それらが結合する頻度、およびこれにかかる時間を決定することも求めていました。彼らの分析は、LIGOが観察したものに対応するために、ほんの一部のブラックホールだけが合併に関与する必要があることを示しました。また、今後10年間でさらに大きなブラックホールがどのように統合されるかを示す予測も提供しました。
物理学と天文学のUCI教授であり、この研究の2人目の共著者であるManoj Kaplinghatは、次のように説明しています。
「形成されたブラックホールのわずか0.1〜1％が、LIGOが見たものを説明するためにマージする必要があることを示しています。もちろん、ブラックホールは合理的な時間で融合するのに十分近くなければなりません。これは未解決の問題です...恒星の進化に関する現在の考えが正しい場合、私たちの計算は50太陽の質量のブラックホールの融合でも数年で検出されます。」
言い換えれば、私たちの銀河はブラックホールで溢れている可能性があり、合併は定期的に（宇宙論的なタイムスケールに関連して）発生している可能性があります。そのため、今後数年間でさらに多くの重力波検出が可能になると期待できます。 LIGOが2016年の冬以降に2つの追加の検出を行ったので、これは驚くべきことではありません。
今後さらに多くのことが予想されるため、天文学者はブラックホールの合併を研究する多くの機会に加えて、それらを動かす物理学についても言及します！
