地球の「すぐ裏庭」に潜んでいた怪物。

編集・制作：未知なる宇宙科学 ARCHIVES 編集部

地球から1,560光年：静かに存在した最近傍の恒星質量ブラックホール「Gaia BH1」

夜空を見上げると、無数の星が穏やかに輝いています。しかし2022年、その星明かりのなかに、これまで誰も知らなかったブラックホールが潜んでいたことが明らかになりました。発見されたのはGaia BH1。地球からわずか1,560光年という、宇宙規模では近傍と呼べる距離にある恒星質量ブラックホールです。

ブラックホールはこれまでどのように発見されてきたか

ブラックホールとは、重力が極めて強く光すら脱出できない天体です。アインシュタインの一般相対性理論（1915年）によって存在が予言されましたが、光を発しない天体を直接観測する手段はなく、長らく間接的な証拠をたどるしかありませんでした。

20世紀の天文学者たちが採用したのは、X線観測という手法です。ブラックホールが近傍の恒星からガスを引き込む際、そのガスは円盤状に渦巻きながら超高温に達し、X線を放射します。1964年にはくちょう座の方向で検出された強力なX線源「はくちょう座X-1」は、この手法で存在が示唆された最初期の事例のひとつです。

ただし、この観測手法には根本的な限界があります。ガスを吸い込んでいないブラックホールはX線を放射しないという点です。伴星から十分に距離が離れていて物質を取り込んでいない「休眠状態」のブラックホールは、この方法では原理的にほぼ検出できません。

銀河系には1億個ものブラックホールが存在するという推計もありますが、これまで見つかってきたのは「たまたま物質を活発に吸い込んでいた個体」に偏っていた可能性があります。実際の数や分布は、長い間ほとんど不明なままでした。

ガイア衛星が「星の揺れ」からブラックホールを検出した仕組み

状況を変えたのは、欧州宇宙機関（ESA）の観測衛星**ガイア（Gaia）**です。ガイアの主目的は、天の川銀河に存在する約20億個の恒星の位置と固有運動を精密に測定し、銀河の立体地図を構築することでした。

この精密測定のなかで、研究者たちはある恒星の動きに異常を見つけます。太陽と似た性質を持つその恒星が、周期的にわずかに揺れ動いていたのです。これは見えない天体の重力に引っ張られ、共通重心の周りを公転している場合に起きる現象です。

伴天体の質量を逆算すると、太陽の約10倍という値が出ました。これほど重く、しかし光を一切発しない天体として矛盾なく説明できるのは、ブラックホールです。公転周期は約185日、二者の間隔は地球と太陽の距離（1天文単位、約1億5,000万km）とほぼ同じ程度で、恒星とブラックホールが穏やかな軌道を保ちながら互いを回っている系でした。

Gaia BH1が「静かに」存在できていた理由もここにあります。伴星との距離が十分にあるため、ブラックホールはガスをほとんど吸い込まず、X線も放射していません。これまでの観測手法では見つけようのない状態でした。ガイアによる位置天文学的アプローチは、こうした休眠状態のブラックホールを初めて現実的に検出可能にしたと言えます。

なお、ブラックホール付近を通過する背景の星の光は、強い重力によって経路が曲げられ歪んで見えます。これが重力レンズ効果と呼ばれる現象で、見えない天体の存在を示すもうひとつの手がかりになりますが、今回の検出の主な根拠は恒星の揺れ（位置天文学的な測定）です。

Gaia BH1の誕生をめぐる未解決の問題

Gaia BH1の発見は、新たな謎も浮き彫りにしました。

太陽の10倍以上の質量を持つブラックホールは、かつてより大質量の恒星が寿命を迎えて超新星爆発を起こした残骸と考えられています。しかし、もしそのような爆発が起きたなら、近くにいる伴星は爆発の衝撃で遠方へ弾き飛ばされるはずです。

にもかかわらず、Gaia BH1の伴星はほぼ円形の軌道で現在もブラックホールの近傍にとどまっています。標準的な恒星進化理論では、このような系がどのように形成されたかを十分に説明できないとされており、形成過程はいまだ解明されていません。

Gaia BH2・BH3の相次ぐ発見と、周囲に潜む可能性

2023年、ガイアはさらに2つの休眠状態のブラックホールを発見しました。Gaia BH2とGaia BH3です。

特にGaia BH3は質量が太陽の約33倍に達し、天の川銀河で発見された恒星質量ブラックホールとしては最大級とされます。地球からの距離は約1,930光年で、こちらも比較的近い位置にあります。

これらの相次ぐ発見は、休眠状態のブラックホールが私たちの周囲に広く分布している可能性を示唆します。ある推計では、太陽系から100光年以内にも休眠中のブラックホールが存在していてもおかしくないとされていますが、これはあくまで推計の段階です。ガイアの後継観測計画や重力波望遠鏡の進化によって、今後この「見えない個体群」の実態は徐々に明らかになっていくと考えられています。

地球への物理的な影響はない

念のため確認しておきます。1,560光年離れたGaia BH1が地球に物理的な影響を与えることはありません。1光年は約9兆4,600億kmに相当します。その1,560倍の距離を隔てた天体の重力が太陽系の安定に干渉することはなく、この点に懸念は不要です。

観測の精度向上が変えつつある宇宙像

今回の一連の発見が示しているのは、以下のことです。

• 銀河系内の恒星質量ブラックホールの多くは、これまでX線を放射していなかったために見逃されてきた可能性がある
• 位置天文学的手法は、休眠状態のブラックホールを検出する有力な新しいアプローチである
• Gaia BH1・BH2・BH3のような近傍の事例は、銀河系内のブラックホール分布の理解を大きく変えつつある
• ただし、形成過程については標準的な理論との不整合が残っており、解明は途上である

私たちはようやく、観測技術が「沈黙する天体」を統計的に把握し始める段階に入りました。これまで見えていたのは、ごく一部の「騒がしい個体」だけだったかもしれません。宇宙の暗闇に存在する天体の全貌は、観測精度の向上とともに、今後も更新され続けるでしょう。