ユークリッド望遠鏡が古いクエーサーを特定し、初期宇宙の研究を前進させる

ユークリッド宇宙望遠鏡は、これまでに観測された中で最も遠いクェーサーを含む 31 個の新しいクエーサーを特定し、重要な発見を行いました。機械学習の利用を活用したこの新事実は、宇宙の初期段階を理解するために不可欠な天体の研究に新たな章を開くものです。

クエーサーは宇宙の非常に明るい光源であり、ガスや塵が銀河の中心にある超大質量ブラックホールに引き寄せられることで形成されます。その強烈な明るさにより、それらはランドマークとして機能し、科学者が数十億年前の原始宇宙を観察できるようになります。

赤方偏移の測定は、宇宙の膨張により物体からの光がどれだけ伸びたかを示し、その距離を明らかにし、その結果、観測されている宇宙周期の古さを明らかにします。赤方偏移が 7 を超える最初のクエーサーが発見された 2011 年以来、15 年間でそのような天体が確認されたのは 9 個だけでした。

この新たな成果により、欧州宇宙機関 (ESA) のユークリッド宇宙望遠鏡は、赤方偏移が 7 以上の既知のクエーサーの数を 2 倍にしました。このマイルストーンは、Euclid 広域調査の運用開始からわずか 1 年半で達成され、新しいアプローチの有効性が実証されました。

カリフォルニア大学、サンタバーバラ大学、ライデン大学のジョセフ・ヘナウィ教授は、「これらの天体は、超大質量ブラックホールの形成を理解する上で重要な手がかりを提供してくれるかもしれない」と述べた。 「太陽の数十億倍の質量を持つこれらの巨人は、宇宙がまだ非常に若い頃に、何らかの形ですでに存在していました。」

先進技術で誕生した古代クエーサーの新ブランド

新しく発見されたクエーサーの中で、2つのクエーサーは赤方偏移が7.69と7.77で際立っており、2021年に記録された以前の記録である7.64を上回っている。「最古」と考えられるこれらの新記録保持者は、地球から130億光年以上離れており、ビッグバンからわずか6億7千万年後の宇宙の状態を反映している。天体 EUCL J1729 は、宇宙の深部に位置するこれらの原始クエーサーの一例です。

これらの遠隔クエーサーの特定には複雑な課題が伴います。それらは非常にまれであり、それらを収容できるほど大きな銀河がほとんどなかった時代に出現しました。さらに、それらが発する微弱な光は、天の川銀河内の星の光と容易に混同されます。

遠方のクエーサーの検出は、宇宙の膨張により紫外から近赤外へと変化する光の波長の変化によっても妨げられます。地球の大気もこれと同じ範囲で光を発しているため、地上の望遠鏡による観測はさらに複雑になります。

これらの障壁を克服するために、ユークリッド望遠鏡は革新的な観測戦略を採用しました。地球の大気圏外で動作し、可視光および近赤外線による広域調査と機械学習の力を組み合わせています。

大気の光の干渉なしに、空の広大な部分を高精度で観察するユークリッドの能力は基本でした。さらに、統計的手法と複数のアルゴリズムを適用することで、数千万の天体をフィルタリングし、クエーサーと類似の星や銀河を効率的に区別することが可能になりました。

その後、研究者らは、あらかじめ選択した 123 個の候補について、光をさまざまな波長に分離する分光観察を実施しました。ハワイのケック望遠鏡、チリのマゼラン望遠鏡、アリゾナの大型双眼望遠鏡 (LBT) を使用して、これらの天体のうち 31 個が本物のクエーサーであることが確認されました。

クェーサー研究への従来のアプローチは、個々の発見と分光学的確認のプロセスでした。 31 個の天体からなる統計的に堅牢なサンプルを使用して、科学は初期クエーサーの特性をグループとしてより体系的に調査できるようになりました。

ユークリッド宇宙望遠鏡の仕組みの詳細

ユークリッド宇宙望遠鏡は、欧州宇宙機関 (ESA) によって管理されており、地球の大気圏外の軌道上で運用されています。その恵まれた位置により、大気による歪みなしで観測を行うことができます。これは、非常に遠い天体のかすかな歪んだ光を捉えるのに不可欠です。

原始超大質量ブラックホールの秘密を解き明かす

発見された2番目に古いクエーサーについてはさらなる研究が行われました。この発見は、この天体が塵とガスに富み、激しい星形成が行われている銀河内に存在することを示しています。これらの特徴は、最初の超大質量ブラックホールが発達した環境についての貴重な洞察を提供する可能性があります。

これらのクエーサーの起源は、宇宙の再電離の時代にまで遡ります。この段階で、最初の星や銀河が出現し、宇宙に満ちていた中性の水素ガスがイオン化し、その後の宇宙の進化が形作られたと考えられています。

研究者チームは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用して、クエーサーの性質をさらに研究する予定です。この研究には、各ブラックホールの質量の測定、周囲のガスの化学組成の分析、光を使用した宇宙の再電離の進行の監視などが含まれます。

並行して、チリ北部にある日本、米国、欧州の国立天文台が共同で運用するアルマ望遠鏡（アタカマ大型ミリ波/サブミリ波アレイ）が、これらのクェーサーが存在する銀河の塵、ガス、星の形成を調査するために使用される予定である。これらの観測により、最初の巨大銀河がどのように進化したのかがより明確に理解できるようになることが期待されています。

「私の最終的な目標は、これらすべての結果を単一のタイムラインに結び付け、宇宙の最初の10億年の『クエーサー年代記』を完成させることです」と明かし、大きな期待を示した。将来、赤方偏移が 8 を超えるクエーサーが発見されれば、宇宙の最初の 6 億 3,000 万年間の天体がどのようなものであったかが解明される可能性があります。