NASA/ESA/CSAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用している天文学者らは、初期宇宙で主銀河よりも古いと思われる超大質量ブラックホールを発見し、宇宙最初の超大質量モンスターがどのように誕生したのかについて新たな疑問を引き起こした。
この Webb/NIRCam 画像は、銀河団アベル 2744 によって 3 倍に拡大された小赤斑 Abell2744-QSO1 を示しています。画像クレジット: NASA / ESA / CSA / Lukas Furtak、ベングリオン大学 / Alyssa Pagan、STScI。
アベル 2744-QSO1 (略して QSO1) は、ビッグバンからわずか 7 億年後に存在した典型的な「小さな赤い点」です。
QSO1 は直径わずか 1,300 光年で、その光は 130 億年以上伝播していますが、重力的にアベル 2744 銀河団に恵まれているため、他のほとんどの小さな赤い点よりも研究が簡単です。
QSO1 は拡大されて三重に表示され、空の 3 つの異なる場所に現れます。
「これは驚くべき発見だ」とケンブリッジ大学の天文学者ロベルト・マイオリーノ博士は語った。
「これはパラダイムシフトであり、ブラックホールがどのように形成され成長するかという古典的なシナリオの再検討です。」
QSO1の予備研究により、QSO1は太陽の質量の4000万倍と推定される超大質量ブラックホールを取り囲む、輝く水素とヘリウムガスの雲に過ぎない可能性があるという有力な証拠が明らかになった。
しかし、ウェッブによって発見された他の初期のブラックホールと同様に、それが本当にそれほど巨大であるかどうかについては不確実性があった。
同じくケンブリッジ大学のフランチェスコ・ドーニオ博士は、「これまで、初期宇宙のブラックホールの質量の測定はすべて間接的であり、局所宇宙でブラックホールについてわかっていることからの仮定に基づいていた」と述べた。
「これらの仮定が本当に遠い宇宙に当てはまるかどうかはわかりませんでした。」
天文学者らは、Webb の NIRSpec 装置の積分フィールド ユニット (IFU) を使用して、ブラック ホールの周囲の水素ガスの動きをマッピングしました。
彼らが回転速度を中心からの距離の関数としてプロットしたところ、このガスにはケプラー運動があることがわかりました。つまり、太陽系の惑星が太陽の周りを周回しているのと同じように、ガスは中心点を周回しています。
ケンブリッジ大学大学院生のイグナス・ヨジェベリス氏は、「これはQSO1の質量の大部分がその中心のブラックホールに集中していることを物語っているので重要だ」と述べた。
「星がたくさんある場合のように、質量がもっと広がっていたら、ガスはこのような完璧なケプラー回転を持たないでしょう。」
ケプラー運動は単純な重力法則によって支配されるため、研究者らはガス速度測定を使用してブラック ホールの質量を直接計算することができました。これは以前には不可能でした。
彼らは、ブラック ホールが巨大であるだけでなく (太陽質量約 5,000 万個)、少なくとも QSO1 の総質量の 3 分の 2 という驚異的な量を占めていることを発見しました。
この割合は、超大質量ブラックホールが主銀河の総質量のほんの一部しか占めていない近くの銀河よりも数千倍も大きい。
IFU 組成マップはこれらの結果を裏付けており、各 QSO1 内のガスはほぼ完全に水素とヘリウムであり、星が豊富な銀河や星の破片で予想される酸素などの重い元素はほとんど含まれていないことが示されています。
金属量が太陽の 0.5% 未満である QSO1 は、これまでに測定された中で最も原始的な銀河環境の 1 つです。
「これは驚異的な結果です」とフィレンツェ大学の天文学者コジモ・マルコニーニ博士は語った。
「これは、ビッグバン後の最初の10億年間でブラックホールの質量を直接測定した初めてのことであり、これまでの測定結果と一致しています。」
QSO1 の主銀河に比べて質量が大きいことは、QSO1 がはるかに小さい恒星質量のブラックホールの合体と摂食から徐々に形成された可能性はないことを示唆しています。
ヨドジェベリス氏は、「固有の母銀河を持たず、恒星のプロセスよりも古いブラックホールを発見したようだ」と述べた。
「これは、理論化されているものの確認されていない原始ブラックホールや直接崩壊したブラックホールの証拠となるため、非常に興味深いものです。」
「QSO1 ブラックホールがビッグバンの最初の 1 秒で形成された重い種から進化したのか、それとも巨大なガス雲の崩壊から少し遅れて進化したのかにかかわらず、それはほぼ確実に大きく生まれ、その周りに銀河を構築する初期段階にある可能性があります。」
結果はジャーナルの 2 つの記事に掲載されます 自然 あなたも 王立天文協会の月次通知。
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I. ジュオジュバリス 他。 2026. 高い赤方偏移における小さな赤い点でのブラック ホールの質量の直接測定。 自然 653、1017-1021;土井: 10.1038/s41586-026-10579-4
ロベルト・マイオリーノ 他。 2026年。ビッグバンから7億メートル離れた、ほぼ原始の銀河にあるブラックホール。 MNRAS 548 (1): staf2109;土井: 10.1093/mnras/staf2109
