ブラックホールは複数の方法で形成され、天文学者はそれらを単一の起源の物語ではなく、質量に基づいて大きさのクラスに分類します。
ブラックホールはどのように形成されるか 最も理解されている経路は恒星の死です。NASAの「Imagine the Universe」プロジェクトによると、恒星質量ブラックホールは、巨大な星が核燃料を使い果たし、その核がみずからの重力で崩壊するときに形成され、この過程は超新星爆発を伴うことがあります。NASAは、これらの恒星質量ブラックホールが通常、太陽の約5～20倍の質量を持ち、巨大な星が生きて死んだあらゆる銀河全体に散在していると述べています。
スケールの他端には超大質量ブラックホールがあり、ほぼすべての大きな銀河の中心に見られ、質量は太陽の質量の数百万倍から数十億倍に及びます（NASA）。これらの巨大なブラックホールがどのように形成され成長するかは、NASAによると活発な研究分野として説明されていますが、観測により銀河の中心ブラックホールの大きさと銀河自体の大きさとの間に相関関係があることが示されています。
NASAはまた、恒星質量と超大質量の間の質量を持つ提案されている中間クラスについても説明しています。同機関は、天文学者が最近になって中間質量ブラックホールの可能な証拠を見つけ始めたと述べており、以前は多くの候補天体が他の物理的過程によって説明されることが判明しました。
光を放射しないものを天文学者がどのように検出するか ブラックホール自体は光を放出しないため見えることはできません。NASAの「Imagine the Universe」ページは、天文学者が代わりに間接検出に依存していることを説明しており、非常に大きく、密度が高く、見えない質量の存在によってのみ説明できる近くの物体の動作を探しています。これには、引き込まれて加熱された発光降着円盤内の物質、または星が見えない場所の周りを見える形で周回している星が含まれます。
その間接的な証拠を画像化する1つの方法は電波干渉法です。イベント・ホライズン・テレスコープ（EHT）は、超長基線干渉法（VLBI）と呼ばれる技術を使って、地球中の電波観測所をリンクしており、物理学アウトリーチサイトEinstein-Onlineによって説明されているように、複数の望遠鏡からの同時観測を地球サイズの単一の望遠鏡と同等のデータに組み合わせます。ブラックホール自体は直接現れません。EHTが記録するのは、降着円盤内の熱く、渦巻く気体からの電波放射であり、極端な重力の下で光が物体の周りを曲げられた場所で作成される暗い中央領域—ブラックホールの「影」—です。
最初の画像：M87 2019年4月10日、EHT協力は、この方法で構築された初の画像を公開し、銀河M87の中心にある超大質量ブラックホールを示していました。銀河M87は地球から約5500万光年離れており、MIT Newsの報道によります。MIT Newsはこの物体の質量を太陽のおよそ65億倍と報告し、画像化されたイベントホライズンはちょうど400億キロメートルを超えています。観測キャンペーンは8つの地上電波観測所を結合し、世界中の200人以上の研究者が関与しました。
ブラックホールを聞く：重力波 異なる検出方法は光をまったく使用しません。2015年9月14日の午前5:51（EDT）に、レーザー干渉計重力波観測所（LIGO）は重力波—アインシュタインの一般相対性理論によって予測された時空のさざなみ—の最初の直接検出を行いました（MIT News）。信号は2つのブラックホールから来ており、それぞれ太陽の約30倍の質量を持ち、およそ13億光年離れたところで合体しました。衝突は太陽の約3つの質量に相当するエネルギーを重力波に変換し、短時間で可視宇宙のすべての光よりも多くの電力を放射しました（MIT報道）。ルイジアナ州とワシントン州のLIGOの双子の4キロメートルレーザー検出器は、シグナルを登録するためにプロトンの直径の1万分の1より小さい腕の長さの変化を測定しました。
その後、LIGOはイタリアのVirgo検出器と日本のKAGRAに参加され、LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）協力が形成されました。Caltechが報道したところ、2015年以来、およそ300のブラックホール合体を記録しており、その4番目の観測実行だけで200以上を含んでいます。2023年11月、協力は、重力波によって記録された最も大規模なブラックホール合体の合体を観測し、イベントはGW231123に指定され、太陽質量の約100および140倍のオブジェクトが約225太陽質量のブラックホールに合体したと、Caltechが報道しました。
一目でわかる重要な事実 ブラックホールのクラスとそれらの検出方法 クラス / イベント 質量（太陽質量） 検出方法 恒星質量ブラックホール ～5–20 間接：周回する物質/星への影響（NASA） 中間質量（提案） NASAによって正確に定義されていません；確認されたいくつかの候補 間接、限定的に確認された候補（NASA） 超大質量ブラックホール 数百万から数十億 間接；M87*とSagittarius A*でのみ直接イメージ化（NASA/EHT） M87*（最初に画像化、2019） ～65億 電波VLBI画像、イベント・ホライズン・テレスコープ GW150914合体（2015） ～30 + ～30 → 最終ブラックホール 重力波干渉法、LIGO GW231123合体（2023） ～100 + ～140 → ～225最終 重力波干渉法、LIGO-Virgo-KAGRA
このように大規模なブラックホールは標準的な恒星進化モデルを通じて禁止されています。
— Mark Hannam, Cardiff University, GW231123合体についてCaltechに引用されました まとめると、2つの方法—電波干渉法でブラックホール周辺の発光物質を画像化し、2つのブラックホールが螺旋状に一緒に移動する「チャープ」重力波を聞く—は、ブラックホール自体が直接見ることができるものを決して放射しないにもかかわらず、天文学者がオブジェクトがブラックホールであることを確認し、その質量を測定するための独立した補完的な方法を提供します。
