宇宙の夜明けにクエーサーからの星光が初めて検出される

masapoco
投稿日 2023年6月30日 12:27
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初期の銀河が宇宙を変え始めたのは、ビッグバンから間もなくのことだった。それから10億年も経たないうちに、銀河はすでに大きな重量を持つようになった。特に、その中心にある超大質量ブラックホールは巨大だった。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)の新しい画像は、宇宙が始まってから10億年も経たないうちに現れた2つの巨大銀河を示している。

そのうちのひとつは、なんと太陽の1300億倍もの重さの銀河である。ブラックホールによって駆動されるクエーサーの質量は14億太陽質量である。(クエーサーとは、超大質量ブラックホールによって動いていると考えられている銀河の明るい活動核のことである)。これらの銀河とその中心にあるブラックホールは、互いの大きさが全く異なることが判明した。さらに、これらの壮大な質量は、いくつかの難問を提起している。幼い宇宙で、銀河はどのようにして急速に巨大化したのか?そして、どちらが先だったのか?銀河かブラックホールか?

これらは、Xuheng Ding氏とJohn Silverman氏(ともにKavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe)が率いる国際研究チームが直面する謎である。研究チームは、2023年6月28日付の『Nature』誌で最初の発見を発表した。

クエーサーの中心を探る

彼らが観測したクエーサーは、J2236+0032とJ2255+0251と呼ばれている。これらの銀河は、ハワイのすばる望遠鏡によって初めて観測された。両銀河は比較的暗く、初期宇宙の研究にとって格好の対象である。赤方偏移は6.4と6.34。この赤方偏移は、宇宙がまだ8億6千万年しか経っていない時代のものである。カブリの研究チームは、JWSTを使ってこれらの天体をさらに詳しく調べた。

JWSTは赤外線の波長3.56ミクロンと1.50ミクロンでこれらの天体を観測した。さらに、JWSTのNIRSPEC分光計が銀河の恒星集団を精細化した。このデータを分析することで、2つの銀河の質量がさらに精密化された。また、2つの銀河の中心を移動するガスの速度も明らかになった。その結果、クエーサーの動力源である2つの超大質量ブラックホールの質量を決定することができた。

クエーサーに関する疑問に答える

それは、銀河とブラックホールの質量の比である。超大質量ブラックホールの大きさは、どうやら銀河の大きさに比例するらしいことがわかった。天文学者たちは、近傍宇宙の銀河でこの関係を調べており、銀河が大きければ大きいほど、その中心にあるブラックホールも大きくなるはずだということを発見した。JWSTが発見した2つの銀河は、その質量とブラックホールの質量の間に同じ関係を示している。

つまり、この関係は宇宙史のごく初期から存在していたということだ。このことは、銀河とブラックホールのコアを結びつけてこの比率を生み出すメカニズムについて、別の疑問を投げかける。天文学者たちは、いくつかのシナリオを提案している。第一に、これらは活動銀河核(AGN)であるため、ジェットや風によって銀河系内でさらなる星形成を引き起こす可能性がある。しかし、同じ活動が新しい星の誕生を妨げることもある。これは、星形成の速度がブラックホールの降着速度に追従するという興味深いフィードバック・メカニズムである。基本的に、AGNは銀河の成長に牽制を加えているのだ。

もう一つのアイデアは、銀河とブラックホールの質量の比が、同じ燃料源を使ったブラックホールの成長と星形成によって引き起こされるというものだ。このシナリオは、燃料の豊富な2つの銀河が合体した後に、いとも簡単に起こりうる。合体はしばしば星形成に拍車をかけるので、このシナリオは、合体が支配的だった初期の銀河で起こった可能性がある。第三のシナリオは、統計的な関係しかない可能性があり、もっと研究を進める必要があることを示唆している。

さらなるデータが必要

HSC J2236+0032とHSC J2255+0251のデータは、疑問を投げかけた。今、天文学者たちは、初期宇宙にあるこれらの天体をさらに観測し、その答えが得られるかどうかを確かめる時だ。チームは、現在のサイクル1の間、JWSTを使って観測を続ける予定だ。彼らはすでにJ2236+0032をより詳細に研究するための望遠鏡の時間を持っており、今回の研究で提起された未解決の疑問のいくつかに答えることができる。特に、これらの研究によって、銀河が先かブラックホールが先かがわかるかもしれない。また、宇宙の歴史の初期における、銀河とブラックホールに支配されたクエーサーの成長速度についての詳細も明らかになるだろう。


この記事は、CAROLYN COLLINS PETERSEN氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。



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