ブラックホールの起源がスピンにあることが研究で明らかに(Origins of Black Holes Revealed in Their Spin, Study Finds)

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2025-01-07 カーディフ大学

カーディフ大学の研究チームは、ブラックホールのスピン(自転)を分析することで、その起源を特定する新たな手法を開発しました。この手法により、ブラックホールがどのように形成されたかを明らかにすることが可能となります。研究者たちは、ブラックホールのスピンの方向と速度を詳細に調査し、これらの特性がブラックホールの形成過程に関する重要な情報を提供することを発見しました。この研究は、宇宙におけるブラックホールの起源と進化を理解する上で重要な一歩となります。

<関連情報>

重力波データにおける高質量ブラックホール合体の星団集団 Star Cluster Population of High Mass Black Hole Mergers in Gravitational Wave Data

Fabio Antonini, Isobel M. Romero-Shaw, and Thomas Callister
Physical Review Letters  Published 7 January, 2025
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.011401

ブラックホールの起源がスピンにあることが研究で明らかに(Origins of Black Holes Revealed in Their Spin, Study Finds)

Abstract

Stellar evolution theories predict a gap in the black hole birth mass spectrum as the result of pair instability processes in the cores of massive stars. This gap, however, is not seen in the binary black hole masses inferred from gravitational wave data. One explanation is that black holes form dynamically in dense star clusters where smaller black holes merge to form more massive black holes, populating the mass gap. We show that this model predicts a distribution of the effective and precessing spin parameters, eff and p, within the mass gap that is insensitive to assumptions about black hole natal spins and other astrophysical parameters. We analyze the distribution of eff as a function of primary mass for the black hole binaries in the third gravitational wave transient catalog. We infer the presence of a high mass and isotropically spinning population of black holes that is consistent with hierarchical formation in dense star clusters and a pair-instability mass gap with a lower edge at 44+6−4⁢. We compute a Bayes factor ℬ >104 relative to models that do not allow for a high mass population with a distinct eff distribution. Upcoming data will enable us to tightly constrain the hierarchical formation hypothesis and refine our understanding of binary black hole formation.

1701物理及び化学
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