MIT やその他の機関の天文学者は、ビッグバンからわずか 8 億 5,000 万年後の宇宙の夜明け以来、クエーサーのぐらつきを検出してきました。これほど古い点滅クエーサーが観測されたのは今回が初めてで、これにより原始超大質量ブラックホールの周囲のガスと塵の円盤の構造をマッピングすることが可能となった。
J0439+1634 として知られるこの天体は、太陽 12 兆個に相当する強度で輝き、その明るさの変化は最大 20% あり、これは太陽 2 兆個に相当します。シンチレーション分析により、降着円盤は驚くほど薄くて平らで、最近のクエーサーや近くにあるクエーサーと同様であることが示されました。
宇宙初期の超大質量ブラックホール
すべての銀河の中心には超大質量ブラックホールがあります。活動すると、高温のガスや塵を引き寄せ、巨大なエネルギーを放出する降着円盤を形成し、周囲の銀河の光を覆い隠します。クエーサーは、このプロセスの最も明るい例です。
科学者たちは、これほど巨大なブラックホールが形成されて安定するまでには10億年以上かかると考えていました。しかし、2000年代初頭以降の観測では、宇宙の最初の10億年間に200個以上の超大質量ブラックホールが確認されており、その多くは活動的なクェーサー段階にある。
宇宙の夜明けに捉えられた最初の振動
これまで、原始クエーサーは遠くにある光の点としてのみ現れていました。変化を捉えなければ、ブラックホールの内部構造や周囲の環境を理解することは困難でした。
マサチューセッツ工科大学カブリ研究所の博士研究員ジーン・レオン氏とマサチューセッツ工科大学物理学助教授アンナ・クリスティーナ・エイラーズ氏が率いるチームは、遠い宇宙を観測するという技術的課題を克服した。これらの物体からの光は宇宙の膨張によって引き伸ばされるため、長期間にわたって収集された赤外線データが必要になります。
彼らは、約 14 年間空をスキャンした NASA の NEOWISE ミッションからの再処理された情報を使用しました。ろうそくの炎に似た、ランダムに点滅する信号は、記録上最古の点滅クエーサーであることが確認されています。
フラットディスクは初期不安定性の予想を裏切る
降着円盤の平らな形状は、ブラックホールが宇宙の歴史の初期にすでに比較的成熟した状態にあったことを示唆しています。これは、原始的なシステムはより混沌として肥大化するという考えとは対照的です。
「この発見は、クエーサーが最大の明るさで観察される前の非常に早い段階で、急速で混沌とした成長段階が起こることを示しています」とエイラーズ氏は説明した。レオン氏は、これらのシステムがこれほど成熟しているように見えるには、さらに以前に何かが起こったに違いないと付け加えた。
さまざまな波長での分析により、円盤内の物質の温度と構造をマッピングすることが可能になり、現代のクエーサーで観察されているものと同様の摂食プロセスが確認されました。
この発見によって銀河形成について明らかになったもの
超大質量ブラックホールは銀河の中心エンジンとして機能し、星の形成と構造の成長を制御します。それらがなければ、銀河は本来の姿をしていなかったでしょう。
この検出は、これらの巨人が急速に出現することを可能にした条件についてのより深い研究への道を開きます。研究チームは、クエーサー開発の初期段階を捉えるために、さらに時間を遡ることを計画しています。