天文学者らは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）を使用して、謎の初期宇宙で成長している「非常に赤い」超大質量ブラックホールを発見した。
ビッグバンから約7億年後に見られる超大質量ブラックホールの赤い色は、宇宙の膨張の結果です。 宇宙があらゆる方向に外側に膨張するにつれて、私たちに向かう光は赤方偏移します。この場合、赤方偏移した光は、ブラック ホールを覆うガスと塵の厚いマントルを示しています。
ネゲブのベングリオン大学のルーカス・フルタク氏とアディ・ジトリン氏率いる天文学チームは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡からのデータを調べることで、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。 質量は太陽の約4000万倍で、銀河系と比べると予想外に大きい。
研究チームはまた、地球から約129億光年離れたところにある超大質量ブラックホールが、周囲のガスや塵を急速に摂取していることも発見した。 言い換えれば、成長するのです。
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「ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が最初のデータを送信し始めたとき、私たちはとても興奮しました。UNCOVERのために届いたデータをスキャンしていました。そして、3つの非常にコンパクトですが、目立つように咲いている赤い天体が目立って、私たちの注意を引きました。」 彼は声明でこう述べた。 「その『赤い点』としての外観から、私たちはすぐにそれがクエーサーのような天体ではないかと疑うようになりました。」
「三つの赤い点」
クエーサーは、このような超大質量ブラックホールを大量の物質が取り囲むときに生成されます。 この物質は降着円盤と呼ばれるガスと塵の円盤を形成し、これが徐々にブラック ホールに供給されます。 ブラックホールの巨大な重力の影響によりこの物質が移動し、極端な温度が発生し、発光します。
さらに、超大質量ブラックホールに落ちなかった物質は、宇宙の巨人の極に向けられます。 これらの領域の粒子は、高度に平行なジェットとして光速に近い速度まで加速されます。 これらの相対論的ジェットが爆発すると、爆発には明るい電磁放射が伴います。
これらの現象の結果、活動銀河核 (AGN) 内の超大質量ブラック ホールによって支えられているクエーサーは非常に明るいことが多く、その放出する光は周囲の銀河のすべての星の光を合わせた光を上回ることがよくあります。
この超大質量ブラック ホールの周囲から放出される大量の放射線により、JWST データではブラック ホールが小さな点のように見えます。
「天体の色の分析により、それが典型的な星形成銀河ではないことが示された。これは超大質量ブラックホール仮説を裏付けるものである」とピッツバーグ大学のレイチェル・ベザンソン氏は声明で述べた。 「その小さいサイズと組み合わせると、それはおそらく超大質量ブラックホールであることが明らかになりましたが、それでも初期に存在していた他のクエーサーとは異なっていました。」
初期のクエーサーは、1915 年にアルバート アインシュタインが予測した衝突の助けがなければ、JWST の強力な赤外線の目でも見ることができなかったでしょう。
アインシュタインレンズ
アインシュタインの一般相対性理論は、質量を持つ物体が時空の構造を歪め、実際には「時空」と呼ばれる単一の実体としてまとまることを提案しています。 この曲率の結果として重力が生じるという理論が続けられています。 物体の質量が大きくなるほど、時空の「極端な」湾曲も大きくなります。
したがって、この曲率は、惑星に星や星の周りを移動する方法、および銀河の中心の周りを移動する方法を伝えるだけでなく、それらの星から来る光の経路も変更します。
光が質量を持つ物体に近づくほど、その経路はより「湾曲」します。 したがって、単一の背景オブジェクトからの光のさまざまな経路が、前景または「レンズ オブジェクト」によって曲げられ、背景オブジェクトの位置の外観が変化する可能性があります。 場合によっては、この効果により、同じ空の画像内の複数の場所に背景オブジェクトが表示されることがあります。 また、背景の物体からの光が単純に増幅され、その物体が拡大されることもあります。
この現象は「重力レンズ」として知られています。
この場合、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、遠すぎて見えない背景の銀河からの光を増幅する前景レンズ天体として、アベル 2744 と呼ばれる銀河団を使用しました。 これにより、彼らが焦点を当てていた非常に赤いクェーサーが明らかになりました。それはもともと 3 つの赤い点でした。
「銀河団に対して構築した数値レンズモデルを使用して、3つの赤い点は、宇宙が誕生してまだ約7億年しか経っていないときに見られた、同じ背景源の複数の画像に違いないと判断しました」とZittrain氏は述べた。
背景光源をさらに分析したところ、その光は狭い領域から来ているに違いないことが明らかになりました。
チームメンバーのプリンストン大学研究者ジェニー・グリーン氏は、「その銀河からの光はすべて、既存の星団と同じくらい小さな領域に収まる必要がある。重力レンズによって生み出される倍率によって、私たちに素晴らしいサイズの限界が与えられた」と述べた。 声明。 「たとえすべての潜在的な星をこのような小さな領域に詰め込んだとしても、ブラックホールは最終的に系の総質量の少なくとも1%を占めることになるでしょう。」
この発見は、太陽の数百万倍（あるいは数十億倍）にもなる超大質量ブラックホールが、宇宙の黎明期にどのようにしてそのような巨大なサイズにまで成長したのかにさらなる謎を加えるものとなった。
「宇宙初期の他のいくつかの超大質量ブラックホールが同様の挙動を示すことが現在発見されており、これにより、よく理解されていないブラックホールとホスト銀河の成長、およびそれらの間の相互作用について興味深い視点が得られる」とグリーン氏は述べた。 。
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、時間の経過とともに多数の「小さな赤い点」を検出しました。 これらはまた、宇宙初期にブラックホールによって供給された巨大なクエーサーの摂食を示している可能性があり、これは驚くべきブラックホール成長の謎が間もなく解明される可能性があることを意味するかもしれない。
「ある意味、これは天体物理学的に鶏が先か卵が先かの問題に相当する」とジトレイン氏は結論付けた。 「銀河とブラックホールのどちらが最初にできたのか、最初のブラックホールがどのくらいの大きさだったのか、そしてそれらがどのように成長したのかは、現時点ではわかっていません。」
研究チームの研究は2月14日付けでNature誌に掲載された。
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