天の川銀河をさまよう4000万個のブラックホール

重い星が死ぬと、つぶれてブラックホールになることがある。重力波検出器は、はるか遠くで合体するブラックホールを何百例もとらえてきた。ところが私たち自身の天の川銀河では、知られている恒星質量ブラックホールは20個ほどにすぎない。そのほとんどすべてがペアの中にあり、伴星がその存在を明かしている。

理論によれば、その数は1億個ほどあるはずだ。その圧倒的多数は孤立していると考えられる。ひとりきりで暗く、存在を示すものが何もない。これまでに確認されたのは1個だけで、OGLE-2011-BLG-0462という、太陽の約7倍の質量をもつブラックホールだ。背後にある星の光を一時的に増光させたことで見つかった。重力マイクロレンズと呼ばれる効果である。

銀河まるごとの星をシミュレーションする

南京大学のJian-Guo He、Yong Shaoらは、Pythonで書かれた新しいコードPOPKINを作った。このコードは、単独の星と星のペアを誕生から死まで追いかける。質量の移動、合体、超新星爆発などだ。それを、120億年にわたる天の川銀河の星形成と化学進化のモデルの中で行う。そして生まれたブラックホール一つひとつを、現在に至るまで銀河の中の軌道に沿って追跡する。

チームは、最も不確かな物理過程、つまり星がどう爆発するか、星のペアがどう質量をやり取りするかを変えて、モデルを10通り走らせた。

調査の結果

基準となるモデルでは、次のようになった。

• 天の川銀河には約4000万個の孤立ブラックホールがある(超新星の別の扱い方では1億〜2億個)。
• そのうち約8万個が太陽から1キロパーセク以内、つまり約3300光年以内にある。
• 平均質量は太陽の約11倍。質量は太陽の9倍と20倍の付近に集まっていて、13倍から17倍の間には目立った空白がある。
• 大半は銀河面の近くにある。半分近くは、天の川銀河の古い厚い円盤から来ている。
• 最も多い起源は、超新星によって引き裂かれた星のペア(約48%)である。
• 3分の2以上は、キック(誕生時の反動)を受けずに生まれた。穏やかでほぼ円形の軌道を回っている。誕生時にキックを受けたものはずっと速く、秒速100〜200キロメートルで動くことが多い。

予測される孤立ブラックホールの質量:太陽質量の9倍と20倍付近に2つのピークがあり、13倍から17倍の間に空白がある。— 図13、He et al. (2026), arXiv:2609.29211.

空のどこに見えるか:天の川銀河の円盤面と中心の方向に集中している。— 図15、He et al. (2026), arXiv:2609.29211.

どうやって見つけるか

• X線。 星間ガスの中をゆっくり進むブラックホールは、ガスの一部を飲み込んで光る。モデルは、ある明るさのしきい値を超えるこうしたX線源が銀河全体で約5000個、1キロパーセク以内に約100個あると予測している。ただしこれは楽観的な数字で、飲み込まれたガスがどれだけ効率よく放射するかに強く左右される。
• マイクロレンズ。 長く続く増光現象が最良の手がかりになる。将来のローマン宇宙望遠鏡による銀河中心のサーベイでは、5年間で約360件の現象が起きるとモデルは予測している。これは、現実の観測での選択効果を考慮する前の上限値だ。

このモデルは、唯一知られている孤立ブラックホールについても推測を示している。その運動は、薄い円盤で生まれ、誕生時にキックを受けたブラックホールとして説明するのが最もよく合う。ただし、ほかの起源も否定はされていない。

なぜ数字に幅があるのか

総数は主に、星がどう爆発するかに左右されるが、それはまだよくわかっていない。そこが肝心な点だ。長く続くマイクロレンズ現象には、質量の空白のようなこの物理の痕跡が残る。孤立したブラックホールを数えることで、重い星がどのように死ぬのかが明らかになるかもしれない。