最も重いブラックホール合体による重力波の記録を更新

【2025年7月24日 LIGO科学コラボレーション】

米国の「LIGO」と欧州の「Virgo」、日本の「KAGRA」の、3つの重力波望遠鏡からなる「LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）コラボレーション」では、2015年9月から2020年3月までの3期（O1, O2, O3）にわたる観測運転で90個の重力波イベントが検出された。2023年5月からは各検出器の感度を向上させた第4期観測運転（O4）が行われていて、これまでに200個の重力波イベントが見つかっている。

このO4で2023年11月23日13時54分30秒（世界時）に検出された重力波イベント「GW231123」が、解析の結果、137太陽質量と103太陽質量のブラックホールが合体して225太陽質量のブラックホールができた現象によるものだと判明した。

重力波イベント「GW231123」の特徴を解説した図。画像クリックで表示拡大（提供：Simona J. Miller / California Institute of Technology / 翻訳：Shio Sakon）

「GW231123」の重力波の波形。（上）重力波の振幅の時間変化。黒の実線が実データで水色の帯はデータに最も良く合うモデル。（下）周波数分布の時間変化。画像クリックで表示拡大（提供：LIGO Scientific Collaboration）

これまでに検出されたブラックホール合体のうち、合体前後の質量が大きかったものとしては、O2で見つかった「GW190426_190642」（106太陽質量＋76太陽質量→173太陽質量）や、O3で見つかった「GW190521」（85太陽質量＋66太陽質量→142太陽質量）がある（参照：観測史上最大のブラックホール合体を重力波で検出）。今回のGW231123はこれらの記録を大幅に塗りかえるものだ。

GW231123はLIGOのワシントン州ハンフォードとルイジアナ州リビングストンの検出器で検出され、重力波源までの距離は20億～130億光年と推定されている。検出器2基での検出だったため、重力波源の位置（天球上の方向）は不明だ。

また、合体前のブラックホールがどちらも高速で自転していたこともわかった。解析によると、それぞれの自転速度は一般相対性理論で許される上限値の0.9倍と0.8倍で、これまで重力波で見つかったブラックホール合体の中では最も速く自転している。

恒星質量ブラックホールはきわめて重い恒星の終末に作られると考えられているが、現在の恒星進化論では、質量が130～300太陽質量の巨大星は「対不安定型（電子対生成型）超新星」というタイプの超新星爆発を起こして後には何も残さないため、こうした巨大星から作られる60～130太陽質量のブラックホールはきわめてできにくいとされている。しかし今回合体したブラックホールの質量は、この「ブラックホール質量の空白域」の範囲に入っている。

「これは私たちがこれまでに重力波で観測した最も重いブラックホール連星です。この現象は、ブラックホール形成に関する理解に重大な挑戦状を突きつけるものです。これほど重いブラックホールは、標準的な恒星進化モデルでは説明できません。一つの可能性として、この2個のブラックホール自体がより軽いブラックホールの合体でできたものかもしれません」（英・カーディフ大学 LIGO科学コラボレーション Mark Hannamさん）。