NASA、130億光年以上離れたところに記録破りの超大質量ブラックホールを発見

天文学者らは、130億光年以上離れた銀河UHZ1に、これまでX線で観測された中で最も遠いブラックホールを発見した。チャンドラ X 線天文台とジェームスウェッブ宇宙望遠鏡からのデータを使用した結果は、ブラックホールが誕生時に巨大であったことを示唆しており、宇宙初期の超大質量ブラックホールに関する現在の理論に疑問を投げかけています。クレジット: NASA

超大質量の増加を示す主要な指標ブラックホール – X線放射 – はるか彼方の銀河で発見されました。
この銀河 UHZ1 は 132 億光年離れたところにあり、宇宙が現在の年齢のわずか 3% であったときに観測されました。
NASAチャンドラ X 線天文台とジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡彼らはこの発見をするために力を合わせました。
これは、初期のブラックホールの一部が巨大なガス雲から形成されたことを示す、これまでで最高の証拠です。

天文学者たちは、チャンドラ宇宙望遠鏡とウェッブ宇宙望遠鏡を使用して、X線でこれまでに検出された最も遠いブラックホール（UHZ1と呼ばれる銀河内）を発見しました。 X線の放出は、超大質量ブラックホールの存在を示す明らかな兆候です。この結果は、宇宙で最初の超大質量ブラックホールのいくつかがどのように形成されたかを説明する可能性があります。これらの画像は、チャンドラからの X 線とウェッブからの赤外線データ、および UHZ1 ブラックホールのホスト銀河のクローズアップで、UHZ1 の背後にあるエイベル 2744 銀河団を示しています。出典: X 線: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán。赤外線: NASA/ESA/CSA/STScI; 画像処理：NASA/CXC/SAO/L。フラタリとK. アルカンド

NASAの望遠鏡が記録破りのブラックホールを発見

この画像は、これまで X 線で確認された中で最も遠いブラックホールを明らかにしており、宇宙最古の超大質量ブラックホールの形成に光を当てる可能性があります。この発見は、NASA のチャンドラ X 線天文台からの X 線 (紫色で表示) とジェームズウェッブ宇宙望遠鏡からの赤外線データ (赤、緑、青で表示) を使用して行われました。

ハンガリーの距離とメモ

銀河 UHZ1 の非常に遠いブラックホールは、銀河団アベル 2744 の方向に位置しています。銀河団は地球から約 35 億光年の距離にあります。しかし、ウェッブ氏のデータは、UHZ1 がエイベル 2744 よりもはるかに遠いことを明らかにしています。約 132 億光年離れたところにある UHZ1 は、宇宙が現在の年齢のわずか 3% だったときにも見ることができました。

重力レンズとX線検出

チャンドラからの2週間以上の観測を利用して、研究者らは、銀河の中心で成長している超大質量ブラックホールの存在を示す、UHZ1からのX線放射を検出することができた。 X 線信号は非常に微弱であるため、チャンドラがこれほど長い観測を行ったにもかかわらず、信号を 4 倍に高める重力レンズとして知られる現象のせいで、それを検出することしかできませんでした。

イメージングとオリエンテーション技術

画像の紫色の部分は、アベル 2744 内の大量の高温ガスからの X 線を示しています。赤外線画像には、前景のいくつかの星とともに、銀河団内の数百の銀河が示されています。インサートは、UHZ1 を中心とした小さな領域に拡大されています。ウェブ画像内の小さな天体は遠方の銀河 UHZ1 で、チャンドラ画像の中心には、UHZ1 の中央にある超大質量ブラックホールに近い物質からの X 線が示されています。銀河の赤外線画像と比較して X 線源のサイズが大きいのは、それがチャンドラが分解できる最小の体積を表すためです。 X線は実際には銀河のさらに小さな領域から来ています。

フルフィールドのチャンドラ画像とクローズアップのチャンドラ画像には、異なるスムージングが適用されました。 UHZ1 などの微弱な X 線点源を表示しない代わりに、微弱なクラスター発光を強調するために、大きな画像の多くのピクセルにわたって平滑化が実行されました。微弱な X 線源が現れるように、クローズアップ画像にはあまり平滑化が適用されていません。画像は、北が垂直方向の右 42.5 度を指すように方向付けられています。

図: 巨大なガス雲が直接崩壊して形成された重いブラックホール。画像出典: NASA/STScI/Leah Hostak

発見の重要性

この発見は、一部の超大質量ブラックホール（最大数十億個の太陽質量を含み、銀河の中心に存在するブラックホール）が、ビッグバン直後にどのようにして巨大な質量に達することができるのかを理解する上で重要である。それらは巨大なガス雲の崩壊から直接形成され、太陽1万から10万個の重さのブラックホールを生成するのでしょうか? それとも、太陽約 10 個から 100 個程度の質量しかないブラックホールを生成する最初の星の爆発から来るのでしょうか?

研究結果と理論的意義

天文学者チームは、UHZ1で新たに発見されたブラックホールが巨大に生まれたことを示す強力な証拠を発見した。彼らは、X線の明るさとエネルギーに基づいて、その質量を太陽1,000万個から1億個分と推定しています。この質量範囲は、彼らが住んでいる銀河内のすべての星の質量範囲と同様であり、通常、その質量の約10分の1しか含まない、近くの宇宙にある銀河の中心にあるブラックホールとは顕著な対照を成しています。。ホスト銀河の星。

若い頃のブラックホールの大きな質量、それが放出するX線の量、ウェッブ氏が発見した銀河の明るさはすべて、地球から直接形成された「超大質量ブラックホール」の2017年の理論的予測と一致している。銀河。巨大なガス雲の崩壊。

継続的な研究とコラボレーション

研究者らは、ウェッブからストリーミングされるこれらの結果やその他の結果、および他の望遠鏡からデータを収集した結果を利用して、初期宇宙のより大きな全体像を明らかにすることを計画している。

結果を説明した論文は、 自然天文学。著者には、Akos Bogdan (天体物理学センター | ハーバード大学およびスミソニアン大学)、Andy Golding (プリンストン大学）、プリヤンヴァダ・ナタラジャン（イェール大学)、ウルソリヤ・コヴァチ (チェコ共和国、マサリク大学)、グラント・トレンブレイ (CFA）、ウルミラ・チャダヤムリ（CfA）、マルタ・ヴォロンテール（パリ天体物理学研究所、フランス）、ラルフ・クラフト（CfA）、ウィリアム・ファーマン（CfA）、クリスティーン・ジョーンズ（CfA）、ユージン・コラゾフ（マックス・プランク天体物理学研究所、ドイツ）、イリーナ・ジュラヴレワ (シカゴ大学）。

両方の研究で使用されたウェッブデータは、Ultradeep Nirspec and nirCam Observations Before the Era of Reionization (UNCOVER) と呼ばれる調査の一部です。 UNCOVERチームメンバーのアンディ・ゴールディングが率いるこの論文は、 天体物理学ジャーナルレター。共著者には、ボグダンとナタラジャンだけでなく、UNCOVER チームの他のメンバーも含まれています。 UHZ1 の観測された特性と大質量ブラックホール銀河の理論モデルを比較した詳細な解釈論文は現在検討中で、プレプリントが入手可能です。ここ。

参考文献:

「X 線クエーサー az ≈ 10 からの初期超大質量ブラックホールの重いシードの起源の証拠」アコス・ボグダン、アンディ・D・ゴールディング、プリヤンヴァダ・ナタラジャン、ウルスリア・E・コヴァックス、グラント・R・トレンブレイ、ウルミラ・チャダヤムリ、マルタ・ボロンティリ著、ラルフ P. クラフト、ウィリアム R. フォーマン、クリスティン・ジョーンズ、ユージン・コラゾフ、イリーナ・ジュラヴレワ、2023年11月6日、 自然天文学。
土井: 10.1038/s41550-023-02111-9

「発見: JWST/NIRSpec からの最初の大質量ブラックホールの成長 – z = 10.1 での X 線照射 AGN の分光赤方偏移の確認」 by Andy D. ゴールディングとジェニー E. グリーンとデビッド J. シートン、イーヴォ・ラッペ、レイチェル・ブザンソン、ティム・B・ミラー、ハキム・アティク、アコス・ボグダン、ガブリエル・ブラマー、イリーナ・チェメリンスカ、サム・E・カトラー、プラティカ・ダヤル、札本義信、藤本精二、ルーカス・J. フルタク、ワシリー・ココレフ、ガウラフ・カラール、ジョエル・レハ、ダニーロ・マルケジーニ、プリヤンヴァダ・ナタラジャン、エリカ・ネルソン、パスカル・A. オイッシュ、リチャードパン、ケイシーパポビッチ、セドナ H. プライス、ピーターヴァンドックム、ベンジーワン、冰洁王、ジョン R. ウィーバー、キャサリン E. ウィテカー氏とアディ・ジットレイン氏、2023年9月22日、 天体物理学ジャーナルレター。
土井: 10.3847/2041-8213/acf7c5

NASA のマーシャル宇宙飛行センターがチャンドラプログラムを管理しています。スミソニアン天体物理天文台のチャンドラ X 線センターは、マサチューセッツ州ケンブリッジからの科学業務と、マサチューセッツ州バーリントンからの飛行業務を管理しています。

ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡は、世界有数の宇宙科学天文台です。ウェッブは、太陽系の謎を解き明かし、他の星の周囲の遠い世界を超えて、私たちの宇宙とその中での私たちの位置の神秘的な構造と起源を探求します。 WEB は、NASA とそのパートナーである欧州宇宙機関 (ESA) が主導する国際プログラムです。欧州宇宙機関）とカナダ宇宙庁。