ジェームズ・ウェッブ望遠鏡による新たな発見は、超大質量ブラックホールが銀河よりも前に発生したことを示している
銀河とその超大質量ブラックホールの間の優先順位に関する長年の疑問は、決定的な答えを見つけたかもしれない。両方が一緒に進化しましたが、どちらが先に起こったのかという問題は長い間未解決のままでした。コラムニストのリア・クレーン氏が指摘するように、最近の証拠は天秤を傾けているようだ。
小説家で哲学者のサミュエル・バトラーの有名な 1878 年の比喩を使用すると、ニワトリを 1 つの卵が別の卵を生み出す方法として説明し、この論理を宇宙の関係に拡張することができます。銀河はおそらく、1 つのブラック ホールが別のブラック ホールを生み出すために使用する手段にすぎません。この優先順位に関する古代からのジレンマに直面し、現在、バランスはブラックホールへと傾いています。
宇宙のすべての大質量銀河を観測すると、その中心に超大質量ブラックホールが存在することが明らかになりました。このつながりは本質的なものであり、銀河の質量がブラック ホールに栄養を与え、その結果、銀河自体の進化の軌跡に影響を与えます。しかし、この複雑な相互作用の起源は、宇宙論において常に根本的な謎でした。疑問は続いた。ブラックホールが最初に確立して物質を引きつけて銀河を形成するのか、それとも銀河が発達してからその中心が崩壊してブラックホールが生じるのか?
この謎の中心的な側面は、超大質量ブラックホールの形成を正当化することが明らかに難しいという点にあります。特にビッグバンから 5 億年も経たないうちに出現したため、その巨大なサイズは存在の初期条件を無視しているように見えます。この間隔は成長には長く聞こえるかもしれませんが、時間的な類似は問題の規模を明らかにします。宇宙の歴史が 1 年で、1 月 1 日にビッグバンが発生し、12 月 31 日が現在であるとすると、最初の超大質量ブラックホールは 1 月中旬までにすでに太陽質量の数億倍に達していることになります。彼らの現在の理解では、物理法則は、このような大規模かつ加速された開発への明確な道筋を提供していません。
現在、超大質量ブラックホールの形成には 4 つのメカニズムが提案されています。最も直接的なものには、巨大星の崩壊に起因する恒星質量のブラックホールの結合が含まれますが、これらの星のライフサイクルと融合には数億年から数十億年を要し、宇宙の初期には存在しなかった時間です。 2番目の理論は、おそらく原始星と呼ばれる最初の星の1つ、または暗黒物質星、さらには星団の1つである「巨大な種子」の形成を示唆しています。しかし、この仮説は課題を変えるだけであり、そのような種の生成には依然として宇宙の最初の5億年というかなりの期間が必要であり、期間としては不十分である。したがって、2 つの選択肢が依然として最も妥当であると考えられます。1 つは、強力な放射線によって星形成が阻害された膨大なガス雲が直接ブラックホールに崩壊する直接崩壊、もう 1 つは原始ブラックホールの存在です。
原始ブラックホールは、宇宙理解に役立つ可能性があるにもかかわらず、その存在を示す具体的な証拠が存在しないことから、激しい論争の的となっている。これらはさらにエキゾチックな概念ですが、コラムニストは個人的な懐疑論を表明していますが、それらが存在するという希望を抱いています。もし確認されれば、それらはビッグバン後の最初の瞬間に、星の崩壊（当時は存在しなかった）からではなく、初期の宇宙の極度の圧力から発生したことになる。一般に最大の関心は、他のタイプと比較してその潜在的な小ささに集中しますが、銀河形成の文脈では、関連するタイプは実際には巨大なものになるでしょう。なぜなら、それらは他の構造よりも先に大きな次元で誕生したからです。
原始ブラックホールが現実であり、宇宙の始まりにおける超大質量ブラックホールの加速的かつ大規模な成長を説明できるのであれば、宇宙の鶏が先か卵が先かという問題に対する決定的な解決策が得られることになる。このシナリオでは、銀河はこれらのブラック ホールほど早い段階で形成されることはありえません。しかし、最近まで、この仮説を裏付ける証拠は不足していました。
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しかし、この状況は変わり始めました。ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) による技術の進歩により、宇宙の始まりをかつてないほど鮮明に調査することが可能になりました。宇宙時間の奥深くまであらゆる観測が行われ、超大質量ブラックホールの存在が明らかになりました。興味深いことに、銀河の形態は時間を遡るにつれて大きく変化します。 JWST の最も注目すべき発見の 1 つは、小さなサイズ、赤みがかった色、および極端な距離を特徴とする「小さな赤い点」と呼ばれる、これまで知られていなかった数百もの遠隔銀河の特定でした。
これらの構造が実際に銀河であることを確認するには、一定期間の分析が必要でしたが、現在では高い確信度が得られています。この分類を受け入れると、コア内のブラック ホールは、その異常な大きさと非常に速い回転で際立っています。他にも謎は残っていますが、これらのブラック ホールのサイズが最も興味深い要素です。 2024 年の研究では、これらのブラック ホールが銀河の総質量の 20% から 70% を占めていることが示されました。この割合は、より発達したホスト銀河にあるほとんどの超大質量ブラック ホールの質量よりもはるかに高く、その割合については説得力のある説明がありませんでした。
繰り返しになりますが、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡は基本的なものであることが証明されました。アベル 2744-QSO1 (または単に QS01) として識別される「小さな赤い点」からの光を増幅するという嬉しい幾何学的偶然のおかげで、天文学者たちはビッグバンからわずか 7 億年後に存在した銀河について前例のない視点を獲得しました。この機会は宇宙進化の理解を進める上で極めて重要でした。銀河の中心を周回するガスの異常な高速度を分析することで、QS01 とその中心ブラック ホールの質量を決定することができました。このタイプの測定は、ビッグバンから 10 億年前という宇宙の遠い時期にブラック ホールに対して行われたことはありませんでした。その結果、ブラックホールの太陽質量は約5,000万であるのに対し、銀河全体では太陽質量が7,500万を超えないことが明らかになった。
これらの割合を考慮すると、考えられる説明は 2 つだけです。ガス雲の直接崩壊か、原始ブラック ホールの存在です。これらの理論はいずれも、銀河の形成がブラック ホールの形成に先立つとは想定していません。したがって、この特定の銀河の場合、その中心にあるブラック ホールは最初に出現した宇宙の「卵」だったようです。古いジレンマは、少なくともこの場合には解決されたようです。
当然のことながら、科学が新たな疑問を持たずにそのような直接的な解決策を提供することはほとんどありません。次のステップは、ブラック ホールの正確な形成プロセスと銀河の残りの部分の構成についての理解を深めることに加えて、QS01 が典型的なケースを表しているかどうかを確認するために、できるだけ多くの他の「小さな赤い点」を調査することです。今後の調査により、新たな謎が数多く明らかになるに違いない。しかし、この重要な成果を祝うことは不可欠であり、今のところ、「卵」、つまりブラックホールが実際に最初に生まれたと断言することができます。
