7時間差の2つの重力波、そして1つの超新星

大質量星が崩壊すると、超新星として爆発し、中性子星かブラックホールを残す。その残骸がうまい具合に連星の中にあれば、いつか相手と合体して、宇宙に重力波を送り出すかもしれない。だがその日はふつう、爆発のずっと後にやってくる。少なくとも約10万年後だ。まず崩壊、合体はずっと後。それが標準的な描像だ。

最近の観測が、この描像をぼやけさせはじめている。合体と崩壊が同時に起きたように見えるガンマ線バーストがあり、また「IIb型」と呼ばれる種類の超新星（水素の大部分をはぎ取られた恒星の爆発）2つが、2025年にかすかな重力波候補と結びつけて議論されたが、確かな結論は出ていない。こうした例を説明できるかもしれない考えが1つある。高速で自転する恒星が崩壊すると、生まれたばかりのブラックホールのまわりを渦巻く高密度の物質円盤が破片に分裂し、それらが数時間のうちに互いに合体したり、ブラックホールに落ち込んだりするというものだ。

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中国・河南省科学院のSheng Yang、北京師範大学のZong-Hong Zhuと、中国、台湾、米国、オーストラリア、イタリア、スウェーデンの23人の共同研究者は、系統的な探索に乗り出した。用いたのは、2019年4月から2025年1月までにLIGO、Virgo、KAGRAの検出器が出した公開警報のうち、中性子星がかかわる可能性がいくらかある43件と、ツビッキー・トランジェント・ファシリティ（Zwicky Transient Facility）が見つけた676個のはぎ取られた超新星だ。チームは、警報の天空領域の中にあり、警報の10〜30日後にピークを迎えた超新星を探した。

探索で見つかった一致は2つ。どちらも同じ超新星、SN 2019rsqとの一致だった。この超新星は、2019年9月10日の2つの警報を結びつける。S190910dと、その7.1時間後に出たS190910hだ。当時、それぞれの警報は別々の追跡観測を引き起こしたが、超新星が発見されたのは数週間後のことだった。この3つ組は、後から振り返ってはじめて浮かび上がったのだ。

S190910d（灰色）とS190910h（オレンジ）の天空領域は、SN 2019rsqがある場所（赤い枠、右上はその銀河）で重なっている。右下：両者の距離範囲は、超新星の140.6メガパーセク（赤線）と矛盾しない。— 図1、Yang et al. (2026), arXiv:2611.00440.

このペアはどれほど珍しいのか

時間的に近い警報は実際に起こる。しかし、この2つの天空領域は3次元でも重なっている。両者の距離範囲は互いに一致し、超新星の距離140.6メガパーセクとも一致するのだ。これがどれほど異例かを測るため、チームは警報の日付を100万回シャッフルした。時間的にも空間的にもこれほど近い無関係なペアが現れる確率は7.6 × 10⁻⁵、約1万3000分の1だった。43件の警報のうち、互いに5日以内に収まるペアは10組あったが、3次元で重なったのは3組だけで、このペアは最も短い間隔と最も大きな重なりを兼ね備えていた。

一方、超新星だけなら意外ではない。無関係なIIb型超新星がその時期にその体積の中で爆発する確率は、約35%ある。異常なのは信号のペアのほうで、超新星は、それらを結びつけうる崩壊する恒星を提供しているのだ。

2つの信号はどちらも弱い。再解析すると、どちらも本物の信号らしく見え、周囲のデータの背景雑音を上回っているが、どちらも確実な検出とはみなされない。独立した別のチームがすでに1つ目の信号を再検出しており、天体物理的な起源である確率を58%としていた。

それぞれの信号が語ること

信号には、合体する天体の質量が刻まれている。S190910dは大きく偏っているように見える。約太陽質量の34倍の天体と、約3倍の相手だ。S190910hは軽く、約太陽質量の2.5倍と1.3倍で、中性子星に典型的な値だ。

SN 2019rsqは2019年10月1日にPan-STARRSサーベイで発見され、最初の信号の約24日後にピークを迎えた。恒星がその瞬間に崩壊したのなら、IIb型としてふつうの増光時間だ。データから爆発の日付を正確に決めることはできないが、爆発をS190910dから3日以内に置いたモデルは、その光を再現する。この超新星は変化の速いタイプで、星形成が進む乱れた銀河の潮汐尾の上にある。

1つの恒星、いくつもの合体？

提案されたシナリオ。自転する恒星がブラックホールへと崩壊し、その円盤が分裂する（1）。太陽質量の3倍の破片が太陽質量の34倍のブラックホールに落ち込む。これがS190910d（2）。7.1時間後、2つの軽い破片が合体する。これがS190910h（3）。その後の遭遇が、遅れて届く信号を生む可能性もある（4）。— 図4、Yang et al. (2026), arXiv:2611.00440.

チームは共通の起源を提案している。高速で自転する大質量星が崩壊して太陽質量の数十倍のブラックホールになり、そのまわりの円盤が破片に分裂する。太陽質量の約3倍まで成長した破片が、らせんを描いて中心のブラックホールに落ち込む。これがS190910dだ。円盤の別の場所では、2つの軽い破片がペアになって合体する。これがS190910hだ。計算で得られたらせん落下の時間は約1時間から数時間で、7.1時間の間隔を楽にカバーする。

著者らは慎重な姿勢を崩さない。確率の計算は、ありえたすべての探索を考慮しているわけではない。また、5日後に同じ広い領域で観測された長いガンマ線バーストは、証拠として数えていない。電波サーベイでは何も見つからず、強力で長続きするジェットがあった可能性は低い。SN 2019rsqがまれな偶然なのか、それとも死に際して複数の重力波信号を放った恒星の最初の例なのか。広域の天空サーベイと組み合わせた次の観測運転によって、こうしたまとまりが繰り返し見つかるかどうかがわかるはずだ。