欧州宇宙機関のユークリッド宇宙望遠鏡は、最近のミッションで最も注目すべき発見の1つを行い、これまでに確認された最も遠い2つの例を含む、これまでに記録された最古のクエーサーのうち31個を明らかにした。この発見は、これらの非常に明るい天体の観察の歴史を拡張し、宇宙がビッグバンの後、どのようにして超大質量ブラックホールを急速に形成することができたのかという古い謎に新たな挑戦を加えました。
クエーサーは、既知の宇宙で最も明るい天体の 1 つであり、周囲のガスや塵を積極的に食べる超大質量ブラック ホールによって駆動されます。物質がブラックホールに向かって螺旋を描くにつれて、ブラックホールは加熱され、膨大な量のエネルギーを放射するため、クエーサーは銀河全体よりも輝き、数十億光年の宇宙の距離を超えて見え続けることができ、古代の観測には極めて重要です。
子供の頃の宇宙の最初のクエーサーの明るさ
この新しいバッチで特定された 2 つの最も遠いクエーサーは、グループの中でも際立っています。どちらも、宇宙が誕生してからわずか約6億7000万年、現在の年齢のわずか5％に過ぎなかった当時、太陽約1兆個分の明るさで輝いていた。 NASAサイエンスが発表したこのミッションの発見の詳細を記した報告書によると、それらの光は約130億年にわたって地球に向かって進んでおり、つまり、ユークリッドによって捉えられた画像には、宇宙自体がまだ初期段階にあったときに存在していたこれらの天体が示されているということだ。
この期間は、天文学者が宇宙の夜明けと呼ぶ期間であるビッグバン後に形成される最初の銀河とブラックホールの中に、新たに確認されたクエーサーが含まれます。活発に給餌している超大質量ブラックホールをこれほど早期に発見することは、銀河とブラックホールの形成に関する既存のモデルにとって大きな課題となっており、太陽の何十億倍もの質量を持つ天体がこのような比較的短い宇宙周期でどのようにして集合するのかを説明するのが難しいことが多い。
クエーサー発見における前例のない加速
この発表が個々のクエーサーそのものを超えて注目に値するのは、ユークリッドがそれらを発見してきた驚くべき速さである。 2023 年の打ち上げ以来、この望遠鏡は、既知の古代クエーサー、つまり赤方偏移 7 以上の天体の総数を事実上 2 倍にしました。赤方偏移は 7 以上です。天文学者は、天文学者が天体の光が宇宙時間のどのくらい遡って発生したかを判断するために使用します。ユークリッドが研究活動を開始する前に、この赤方偏移閾値にある最初の約 10 個のクエーサーを特定するには、天文学者による 10 年以上の共同作業が必要でした。
この高速化は、Euclid の検索機能の規模を反映しています。この望遠鏡は、個々の天体を一度に 1 つずつ狙うのではなく、空の広大な帯をマッピングするように設計されており、古代のクェーサーのような希少で非常に遠い天体を、対象を絞った検索では到底太刀打ちできない量で捕らえることができます。この最新のバッチで特定された 31 個のクエーサーは、科学で知られているすべてのそのような天体のかなりの部分を表しており、以前のカタログの作成にかかった時間のほんの一部にまとめられています。
超大質量ブラックホールの永続的な謎
太陽の数十億倍の質量を持つ超大質量ブラックホールの存在は、宇宙誕生から最初の10億年以内に活動し、摂食しており、天体物理学における最も根深い未解決の疑問の1つである。ブラックホールの成長の標準モデルは、長期間にわたって周囲の物質が徐々に降着することを中心に構築されているが、これらの天体が宇宙誕生の瞬間の後、どのようにしてこれほど急速に巨大な質量に到達したかを説明するのが難しい。
新たに特定されたクエーサーを研究している研究者らは、初期のブラックホールがどのように成長したかのパターンを明らかにしたり、別の形成メカニズムを指摘したり、既存の理論をより厳密にテストするのに十分なだけサンプルサイズを拡大したりすることによって、最終的にこの緊張の解決に役立つ可能性のあるデータポイントとしてそれぞれのクエーサーを扱っています。確認された古代クェーサーのより大きなカタログは、ユークリッドの探索が始まる前に入手できた少数のものよりも多くの資料を天体物理学者に提供します。
Euclid ミッションの次のステップと将来の啓示
ユークリッドの主な使命は、主に暗黒物質と暗黒エネルギーを研究するために、空の大部分にわたって何十億もの銀河をマッピングするという、何年も続くように設計されています。古代クェーサーの発見は、この広範な探索アプローチの二次的な利点のようなものを表しています。望遠鏡の広い視野は、より狭く焦点を絞った望遠鏡では偶然遭遇する可能性がはるかに低い、まれで非常に遠い天体を捕捉するのに適しているためです。
このプロジェクトに参加した天文学者らは、ユークリッドが現在進行中の調査作業により、空のより多くの部分を覆うにつれてさらに多くの古代クエーサーが明らかになり続けるはずだと指摘した。これは、これまでに確認された最も古い2つを含む31個の天体の現在の集計は、最終的な合計ではなくマイルストーンである可能性が高いことを意味します。検出が追加されるたびに、宇宙最初の巨大ブラックホールがどのように形成されたのかについて、ますます詳細な画像に別の要素が追加されます。
宇宙の夜明けの全体像を構築する
古代のクエーサーは、天文学者が宇宙の最初の銀河を研究するために使用した唯一のツールではありませんが、明確な利点を提供します。その極度の明るさにより、通常の銀河は現在の機器では観測できないほど暗い宇宙距離でも検出可能になります。この可視性の利点こそが、クェーサーが、宇宙の夜明けとして知られる時代、つまり、宇宙の最初の星、銀河、ブラック ホールが、それまで暗く、ほとんど特徴のないガスの広がりから形成され始めた時代を調査するための主要な標的となった理由です。
ユークリッドの広視野クエーサー調査と、クエーサーの質量と摂食速度をより正確に測定できる機器を含む他の望遠鏡によるより詳細な追跡観測を組み合わせることで、研究者は複数の独立した証拠を利用できるようになります。天文学者たちは、単に古代のクエーサーを数えるだけでなく、このような驚くべき質量のブラックホールが宇宙の歴史の早い段階でどのようにして集合することができたのかを具体的な物理用語で説明しようとしているため、この組み合わせは今後数年でより重要になると予想されている。