2024年末に検出された2つのブラックホール衝突は、アインシュタインの一般相対性理論の前例のないテストを提供した。これらのイベントは、LIGO-Virgo-KAGRAコラボレーションによって捕捉され、異常なスピンと第二世代ブラックホールの可能性を明らかにした。これらの検出は、理論的予測を高い精度で確認し、新しい粒子を探る。
2024年末に、LIGO-Virgo-KAGRAコラボレーションは、ブラックホール合併からの2つの注目すべき重力波信号を検出し、2025年10月28日にThe Astrophysical Journal Lettersに掲載された研究で発表された。最初のイベント、GW241011は、2024年10月11日に地球から約7億光年離れた場所で発生した。これは、太陽質量の約20倍と6倍のブラックホールの合併を伴い、より大きなものがこれまで観測された中で最も速く回転するブラックホールの1つとして特定された。
約1ヶ月後、2024年11月10日に、2番目のイベントGW241110が24億光年離れた場所で検出された。この合併は、約17と8太陽質量のブラックホールを特徴とし、主なブラックホールがその軌道とは逆方向に回転する—このような最初の観測だった。
「各新しい検出は宇宙についての重要な洞察を提供し、各観測された合併が天体物理学的発見であるだけでなく、基本的な物理法則を探るための貴重な実験室であることを思い出させます」と、共同著者のCarl-Johan Haster、ネバダ大学ラスベガス校の天体物理学助教授は述べた。「これらのような二重星は以前の観測から予測されていましたが、これがその存在の最初の直接的な証拠です。」
これらのイベントは、LIGO-Virgo-KAGRAネットワークの第4観測キャンペーン（O4）中に発生し、2023年5月に開始され、2025年11月中旬まで継続される。これまでに、約300のブラックホール合併が検出されている。GW241011とGW241110の両方は、星団のような密集した環境での階層的合併を通じて形成された第二世代ブラックホールを示唆し、質量の大きな差と異常なスピンを持つ。
「GW241011とGW241110は、LIGO-Virgo-KAGRAネットワークが観測した数百のイベントの中で最も革新的なものの1つです」と、カーディフ大学の教授でLIGO科学コラボレーションのスポークスパーソンのStephen Fairhurstは述べた。「両イベントとも、他よりもはるかに質量が大きく急速に回転するブラックホールを持つため、これらのブラックホールが以前のブラックホール合併から形成されたという魅力的な証拠を提供します。」
GW241011の検出精度は、極端な条件下でのアインシュタインの一般相対性理論のテストを可能にし、彼の式とRoy Kerrの回転ブラックホールモデルからの予測と記録的な精度で一致した。信号中の珍しい「高調波」が別の確認を提供した。これらの合併はまた、標準模型を超えた仮説的な粒子である超軽量ボゾンの特定の質量を排除する。
「これらの2つの二重ブラックホール合併は、ブラックホールの初期の人生についてのこれまでで最もエキサイティングな洞察のいくつかを提供します」と、共同著者でウィリアムズ・カレッジの助教授Thomas Callisterは述べた。「それらは、一部のブラックホールが孤立したパートナーとして存在するだけでなく、密集した動的な群れのメンバーとして存在する可能性があることを教えてくれます。」
検出器のアップグレードは、このようなシステムのさらなる研究を可能にし、ブラックホールの形成と基本物理学の理解を向上させるだろう。