科学者たちは、これまでに記録された中で最も遠いところにある休眠中のブラックホールを検出しました。その起源は宇宙初期に失われています。
宇宙の初期段階を理解するために、天文学者はしばしばクエーサーを観察します。クエーサーは、物質を消費する活動が活発で、強い光を発する超大質量ブラックホールです。ただし、これらの壮観な現象がすべてを物語っているわけではありません。現在、知られている中で最も遠い休眠中のブラックホールが特定されたことで、活動を停止した巨大な宇宙実体のユニークな一面が垣間見えるようになりました。
ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジ（UCL）の科学者の参加を得た世界的研究グループは、地球から100億光年以上離れた銀河MRG-M0138内にこのブラックホールの位置を突き止めた。この発見はサイエンス誌に詳しく掲載されており、活動していないブラックホールの距離記録を15倍も上回っている。
太陽の約60億倍と推定されるこのブラックホールは、宇宙が誕生してまだ30億年しか経っていなかった時代に発見されました。活動的なクエーサーは成長の加速に関する手がかりを提供しますが、眠れる巨人の存在はより静かな段階を明らかにし、宇宙の初期段階における大質量ブラックホールとそのホスト銀河の共進化を探るまたとない機会を提供します。
巨大な質量を計算するために、研究者らはNASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）のデータを利用し、天体を周回する恒星の変位を正確にマッピングした。そうでなければ感知できないだろう。恒星力学として知られるこの技術は、近くの銀河の不活性ブラックホールの測定にすでに使用されていますが、宇宙のこのような非常に遠い場所での応用に成功したのはこれが初めてです。
研究リーダーでありUCL物理学・天文学部のメンバーでもあるリチャード・エリス教授は、この発見の重要性を強調した。同氏は、「この辺境の銀河の中心にある星の集団運動を分析することで、他の方法では検出不可能だった超大質量ブラックホールの質量を測定することが可能になった」と説明した。同氏は、「宇宙初期の銀河に対するこのアプローチの適用可能性を証明することで、時間の経過に伴うブラックホールの発達と銀河の進化に対するブラックホールの影響についてのより詳細な研究への道が開かれる」と付け加えた。
目に見えないブラックホールの質量がどのように計算されたかを理解する
その性質上、ブラックホールは光を直接放射しませんが、ブラックホールが捕らえたガスは膨大な量の放射エネルギーを放出する可能性があります。活動銀河核またはクエーサーとして知られるこれらの強い光度の点は、宇宙で最も明るいものの一つであり、検出は比較的簡単です。
クエーサーとは異なり、銀河 MRG-M0138 の超大質量ブラック ホールは活動停止状態にあります。現時点では、それに向かってガスが降下していなかったので、天文学者によるその検出は、その近くの星に及ぼされる重力の影響を観察することによってのみ可能でした。
銀河の中心を取り囲む星の共役運動パターンを分析することで、研究チームはブラックホールの存在を確認し、その質量を推定することができた。ブラックホールに最も近い星と最も遠い星の間の速度の変化が、この測定に重要な要素を提供しました。
この方法は、私たちの銀河系である天の川の中心部にあるブラック ホールの質量を決定するために使用される方法と、近隣の他の銀河でも使用される方法を反映しています。しかし、これは、このような異常な距離にある天体に対する初めての応用となる。これまで、この技術で調査された最も遠い銀河の天体は約 7 億光年離れていました。
重力レンズがどのようにして歴史的な発見を可能にしたのか
通常、このような遠方の銀河で星の動きを観察することは実現不可能な作業です。科学者たちは、宇宙の自然な増幅として機能する重力レンズ現象を利用することで、この困難を克服しました。
地球と MRG-M0138 の間に位置する中間銀河は、遠くの銀河から来る光を曲げて方向を変えることによって作用し、その結果、その画像が 30 倍に拡大されました。この機能により、研究者は銀河の内部構成を他の方法では達成不可能な精度で再構築できるようになりました。
カリフォルニア州パサデナにあるカーネギーサイエンスの主著者であるアンドリュー・ニューマン博士は、この方法についてコメントした。同氏は、「JWSTデータと重力レンズの効果を融合することで、重力が星を加速するブラックホールの影響範囲を深く調査することが可能になった」と述べた。ニューマン氏は続けて、これを「ブラックホールの質量を測定するために私たちが持つ最も効果的な技術の1つであり、これを宇宙の歴史に遡って応用することに私たちは興奮した」と述べた。これまで、この規模の不活動ブラックホールは少数しか確認されておらず、それらはすべて地球のかなり近くに位置していました。
発見による銀河の進化への新たな洞察
この発見は、宇宙初期の銀河とその中心ブラックホールの共同進化に関する重要な手がかりを提供します。隣接する銀河の観察により、銀河の質量とブラック ホールの質量の間に強い相関関係があることが証明されていますが、科学者たちは、この相互関係の起源を解明するために、古い宇宙相から得られるより多くの情報をまだ必要としています。
研究グループは、ブラックホールとそのホスト銀河の両方が活動していないことを発見した。この銀河はもはや新しい星を生成していないため、MRG-M0138 は遠い過去に非常に明るいクエーサーをホストしていた可能性があるという仮説につながりました。研究者の仮説は、ブラックホールの急速な成長によってエネルギーが放出され、そのエネルギーが必須ガスの加熱または噴出によって新しい星の形成を決定的に遅らせたというものである。
科学者の間では、ジェームス・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）やその他の機器を使って行われる将来の観測により、宇宙の原始時代に眠っていたさらに多くのブラックホールが明るみに出るだろうと期待されています。このような啓示は、これらの宇宙実体がどのようにして星の生成を妨げるか、また、休眠中のブラックホールが新しい物質の流入によってどのように再活性化されるかについての理解を深める可能性がある。