Last Updated on 2025-06-07 14:50 by admin

カリフォルニア工科大学（Caltech）の理論天体物理学助教授エリアス・モスト率いる研究チームが、ブラックホールと中性子星の衝突をスーパーコンピューターでシミュレーションした研究結果を『The Astrophysical Journal Letters』に発表した。

シミュレーションでは、ブラックホールが中性子星を飲み込む直前に、強力な重力により中性子星の地殻が地震のように亀裂を生じる現象が判明した。この亀裂により中性子星の磁場が揺れ動き、アルヴェーン波が生成される。

これらの波は最終的に高速電波バースト（FRB）として放出される電波信号を生み出す可能性がある。さらに中性子星がブラックホールに飲み込まれる際、宇宙で最も強力とされる衝撃波が発生する。

研究では新たな天体現象として「ブラックホールパルサー」の存在も予測された。これはブラックホールが中性子星の磁場を吸収後、磁気風として放出し、短時間だけX線やガンマ線を灯台のように放射する現象である。

シミュレーションにはローレンス・バークレー国立研究所のパールマッタースーパーコンピューターが使用された。

From: Scientists Reveal the Moment a Black Hole Eats a Neutron Star

【編集部解説】

今回の研究は、これまで理論的にしか語られてこなかった宇宙の極限状態を、初めて詳細なシミュレーションで可視化した画期的な成果です。カリフォルニア工科大学のエリアス・モスト助教授らが使用したのは、ローレンス・バークレー国立研究所の「パールマッター」スーパーコンピューターで、一般相対性理論と核物理学、プラズマ物理学を統合した極めて複雑な計算を実現しています。

この研究の最も重要な意義は、高速電波バースト（FRB）の発生メカニズムに新たな仮説を提示したことでしょう。FRBは2007年に初めて発見されて以来、天体物理学最大の謎の一つとされてきました。1日に約1000回も地球に到達していると推定されているこれらの電波信号の正体が、ブラックホールと中性子星の合体時に発生する地震のような現象である可能性が示されたのです。

特に注目すべきは「ブラックホールパルサー」という新概念の提唱です。通常のパルサーは中性子星が高速回転しながら電波ビームを放射する天体ですが、ブラックホールパルサーでは、中性子星を飲み込んだブラックホールが一時的に同様の現象を起こすとされています。この現象は理論上極めて短時間しか続かないため、観測は困難を極めるでしょう。

この発見が天体物理学に与える影響は計り知れません。LIGO-Virgo-KAGRAなどの重力波検出器で捉えられる信号と、電波望遠鏡で観測される高速電波バーストを関連付けることで、宇宙の極限状態をより深く理解できるようになります。

ただし、これらの予測はあくまでシミュレーション結果に基づくものであり、実際の観測による検証が不可欠です。宇宙の極限状態を扱う研究では、理論と観測の間に予想外のギャップが生じることも珍しくありません。

長期的な視点では、この研究は重力波天文学と電波天文学の融合を促進し、「マルチメッセンジャー天文学」の新たな地平を開く可能性を秘めています。宇宙の成り立ちや物質の極限状態を理解することで、基礎物理学の発展にも大きく貢献することでしょう。

【用語解説】

高速電波バースト（FRB）
継続時間が数ミリ秒以下の強力な電磁波パルス現象。2007年に初めて発見されて以来、天体物理学最大の謎の一つとされ、その発生メカニズムは長らく不明だった。

アルヴェーン波
磁場のあるプラズマ中で磁気張力を復元力として磁力線に沿って伝わる波。波の振動方向は進行方向に垂直となる横波で、スウェーデンの物理学者ハンネス・アルヴェーンにより発見された。

中性子星
質量が太陽程度、直径約20km、密度が太陽の10^14倍以上という極めて高密度な天体。大質量恒星の超新星爆発によってその中心核が圧縮された結果形成される。表面重力は地球の2×10^11倍にも達する。

パルサー
高速回転する中性子星が放射線のビームを放出し、灯台のように周期的に明滅して見える天体。通常は中性子星がこの現象を起こすが、今回の研究では「ブラックホールパルサー」という新概念が提唱された。

マルチメッセンジャー天文学
重力波、電磁波、ニュートリノなど複数の観測手段を組み合わせて天体現象を研究する新しい天文学の分野。より包括的な宇宙の理解を可能にする。

【参考リンク】

カリフォルニア工科大学（Caltech）（外部）
今回の研究を主導したエリアス・モスト助教授が所属する理論天体物理学の研究拠点として世界的に知られている名門私立工科大学

ローレンス・バークレー国立研究所（外部）
パールマッタースーパーコンピューターを運用するアメリカ合衆国エネルギー省の研究所で幅広い分野の研究を行っている

LIGO科学コラボレーション（外部）
重力波検出を目的とした国際的な科学協力組織で世界900人以上の科学者が参加し重力波天文学の研究を推進

東京大学宇宙線研究所 KAGRA（外部）
岐阜県神岡町にある日本の重力波検出器でLIGO-Virgo-KAGRAネットワークの一員として重力波の観測と研究を実施

【参考動画】

【参考記事】

Star Quakes and Monster Shock Waves – Caltech（外部）
カリフォルニア工科大学の公式発表記事でエリアス・モスト助教授らの研究チームによる衝突シミュレーション研究の詳細を解説

Astronomers simulate a star’s final moments – Space.com（外部）
中性子星がブラックホールに飲み込まれる最終瞬間のシミュレーション結果について包括的に報告している詳細解説記事

A Terrifying Simulation of a Black Hole – Universe Today（外部）
ブラックホールパルサーの概念や地震現象について分かりやすく説明している一般向け解説記事

【編集部後記】

宇宙の最も極限的な現象が、私たちの身近な技術とどのように結びついていくのでしょうか。今回のブラックホールと中性子星の研究は、スーパーコンピューターによるシミュレーション技術の進歩なくしては実現できませんでした。皆さんは、こうした基礎研究が将来的にどのような技術革新をもたらすと思われますか？また、宇宙の謎を解き明かす過程で生まれる計算技術や観測技術が、私たちの日常生活にどのような変化をもたらす可能性があるか、ぜひご一緒に考えてみていただければと思います。

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