これまでに観測された中で最も遠いブラックホールを持つ天体は、ウェッブの「赤い点」の謎を解くのに役立つ

これまでに確認された最も遠いブラックホール星は、ビッグバンから6億6000万年も経たないうちに観測され、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が捉えた初期宇宙の画像に存在する興味深い「赤い点」の起源への重要な手がかりを提供する。

2022年に初めて発見されたこれらの特異な天体は、赤色巨星のような冷たく赤みがかった恒星のスペクトルと同様のスペクトルを示す広大なガス雲に囲まれた超大質量ブラックホールの形成に対応するものであるという合意が広がっている。最近の観測により、これらの天体の一部は若い銀河の中心で発見され、その光は約 120 億年かけて私たちに到達していることが明らかになりました。これらのブラックホール星からの光は、距離が遠く、光度が低いため、特に、ジェームス・ウェッブで検出できないほど暗い銀河がある場合には、ホスト銀河の光から分離することが困難です。

しかし、ミラージュ・オア・ミラクル（MoM）調査として知られるジェームズ・ウェッブ・プログラムを通じて明らかになった、新たに特定されたブラックホール星が、重要なミッシングリンクとして機能している。

「ミラージュまたはミラクルの探索は、『危険』と考えられる情報源に焦点を当てるように設計されており、それは並外れた発見か、あるいは遠くの銀河に似た近くの冷たい星などの単なる侵入物体である可能性があります」とオーストリア科学技術大学のジョリート・マッシー氏は述べ、MoM研究者の一人である。特に、この研究は高赤方偏移銀河 (10 に近いかそれ以上、少なくとも 131 億年存在することを示す) であると思われるターゲットに焦点を当てています。

この話題の続き: ジェームズ・ウェッブ望遠鏡が宇宙初期の銀河に巨大ブラックホールの質量を確認

今回の調査で発見されたブラックホール星はMoM-BH*-1と名付けられ、これまでで最も優れた「裸のブラックホール星」の例となる。これは、天文学者は、銀河が発展途上の銀河に埋め込まれているのではなく、宇宙に孤立して存在しているという強い確信を持っていることを意味します。その光はすべて、雲の中心のブラック ホールへの物質の降着によって生成されます。この降着はガス雲に隠されているため見えませんが、生成された光は周囲の雲を内側から活性化し、外層に放射する太陽のエネルギーと同じように輝きます。

「私たちが検出したスペクトルは、形成初期のブラックホールに燃料を供給するガスの殻を示す最良の証拠です」と、MoM-BH*-1を特定したチームのリーダーでMoM研究の共同リーダーであるハワイ大学のロハン・ナイドゥ氏は述べた。

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興味深いことに、MoM-BH*-1 は同じ赤方偏移を持つ若い銀河の近くに位置しており、予測によれば、ブラック ホール星が衝突してこの銀河と合体するまでにはさらに 1 億年かかることが示されています。ナイドゥ氏とマシー氏のチームは、この MoM-BH*-1 との合体後の銀河のスペクトルがどのようになるかをシミュレーションし、それが銀河内ですでに知られている赤い点によく似ていることを発見しました。

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MoM-BH*-1 の発見が原始クエーサーの理解にどのように役立つのか

「赤い点のブラックホール成分のモデルとしてブラックホール星を考えることは、それらに関する不確実性の多くを明らかにするのに役立ちます」とマッシー氏は述べた。 「MoM-BH*-1のようなブラックホール星が同様の母銀河に埋め込まれていれば、確かに初期クエーサーの中心エンジンとして機能する可能性がある。」

したがって、MoM-BH*-1 は、赤い点を含む暗い銀河の中心の天体がブラック ホール星であるという強力な証拠を提供します。赤方偏移が低いいくつかの赤い点の最近の観察により、ブラック ホールの周囲のガス雲が消散し始め、ブラック ホールとガスの降着によって生成された X 線が露出していることが明らかになりました。これらのブラック ホールは加速的な成長を示し、これらの活動的なブラック ホールの周囲の環境は非常に明るくなり、その結果クエーサーが形成されます。

「天文学者は想像力に欠けたことはありません。クエーサーの発見以来、これらのブラックホールがどのようにしてこれほど巨大かつ急速に成長したのかを説明する理論が不足することはありませんでした」とナイドゥ氏は述べた。 「初期の宇宙には何か素晴らしいことが起こったに違いありません。ジェームズ・ウェッブのおかげで、私たちはこの時代を直接観察し、どのようなシナリオが実際に起こったのかを知ることができます。」

詳しく読む: ジェームス・ウェッブによる発見後、若い宇宙の赤い点が天文学者の興味をそそり、理論を再定義する

超大質量ブラックホールの形成と、それらが周囲の銀河よりも古いものであるかどうかを理解することは、打ち上げ前のジェームズ・ウェッブの主要な科学的目標の 1 つでした。この点で、この望遠鏡は非常に成功しました。赤い点はわずか 4 年前に発見されましたが、それらとブラック ホール星の研究は加速しており、ほぼ毎週新しい発見が発表されています。

「過去 2 ～ 3 年でレッド ドットに関する記事やプレプリントが 1000 件近くあり、今は信じられないほどエキサイティングな時代です」とマシー氏は語った。 「これは蜃気楼どころか、宇宙の奇跡である可能性が非常に高いです。」