超大質量ブラックホールにより、宇宙の黎明期がどのようなものか知ることができる

カーネギー研究所の科学者チームが、これまでに発見された中で最も遠いクエーサーを発見した。 Nature誌に掲載されたこの結果により、宇宙が「初期」にどのようなものか理解できるようになりました。その理由は、クエーサーが宇宙の誕生からわずか6億9000万年前に誕生したためです。 「この写真は、宇宙が現在の年齢のわずか 5% だった頃の写真を私たちに提供してくれるのです」と、この作品の筆頭著者でカーネギー研究所天文台の研究員であるエドゥアルド・バニャドス氏はHipertextualに説明します。

「クエーサーは初期宇宙では非常に珍しい天体です。私たちのグループが発見したものと同じくらい明るくて遠いクェーサーが 20 ～ 100 個存在するはずだと推定されています」とバニャドス氏は続けます。彼のチームは、これまでに発見された中で最も遠いクェーサーを検出することに成功しました。技術的にはULAS J1342+0928と名付けられ、その赤方偏移は 7.54 で、非常に遠いことがわかります。 「私たちは、すでに知っている天体よりもさらに遠くにある天体を発見することで、距離の壁をまた打ち破りました」と、本日ネイチャー誌に掲載された研究には参加していないオーストラリア天文台とマッコーリー大学のアンヘル・ロペス・サンチェス氏は説明する。ニューロストリーム。

クエーサーとは何ですか?またその距離はどのように測定されるのでしょうか?

クエーサーとブラック ホールは同義語のように見えるかもしれませんが、まったく同じではありません。バニャドス氏によれば、クェーサーは、非常に巨大な銀河の中心にある活動的な超大質量ブラック ホールとして定義できます。ロペス・サンチェス氏がHipertextualに説明しているように、研究者たちは超大質量ブラック ホールについて、太陽の 100 万倍を超える質量を持つブラック ホールを指します。たとえば、銀河の中心にあるミルキーホールの場合です。ところで、私たちは太陽質量 450 万個の超大質量ブラックホールについて話していますが、それはクェーサーではありません。 「すべての銀河には超大質量ブラックホールがあります。重要なのは、その穴が活動しているかどうかを知ることです」とオーストラリア天文台の研究者はコメントしている。

「これを火山に例えて考えたいと思います。私たちは、活火山と不活火山があることを知っています。銀河の中心にある超大質量ブラックホールについても同様です。活動している、つまり物質を飲み込んで成長しているものは活動銀河核（英語ではAGN）と呼ばれています」とバニャドス氏は言う。実際、クェーサーはAGNの極端なケースを表しています。「ブラック ホールからの放射線の放出は非常に残酷で、銀河全体を『覆い隠して』います」とロペス サンチェス氏は言います。バニャドス氏は、これらの天体は「通常、既知の最も巨大な銀河のいくつかに住んでいる」と回想する。つまり、クエーサーはブラック ホールですが、すべてのブラック ホールがクエーサーであるわけではありません。これまでのところ、クエーサーを検出できるのは遠方の宇宙に限られており、局所的な宇宙では検出できません。一方で、これらの天体が銀河の中にあることはわかっており、その確認はハッブル望遠鏡からもたらされました。

この研究が発表される前に、科学界はULAS J1120+0641と呼ばれる、赤方偏移が 7 を超える単一のクエーサーを検出することに成功していました。カーネギー研究所主導の研究は、次のステップに進んでいます。赤方偏移は 7.54 です。 「宇宙論的な距離を測定するために、天文学者は距離と赤方偏移の関係を使用します。赤方偏移は、宇宙の膨張により物体が私たちから遠ざかるにつれて、物体からの光がどのように「伸びる」かを示す尺度です」とバニャドス氏は説明します。この効果は、救急車のサイレンを聞いたときに起こることと同じです。車両が遠ざかるにつれて、音がどんどん深くなっていきます。

「この経験的な測定を使用すると、宇宙論の知識を利用して、この赤方偏移 [ドップラー効果] を距離として解釈できます。 「この瞬間にこの天体から私たちに届く光は、130億年以上続いている」とバニャドス氏は言う。赤方偏移7.54のクエーサーを発見したという事実は、その天体が地球の7.54倍の速度で私たちから遠ざかっていることを示している。光の速度、つまり確かに 226 万キロメートルです、とロペス・サンチェス氏はコメントしています。言い換えれば、ULAS クェーサーの赤方偏移を決定するということです。 J1342+0928により、物体が本当に遠くにあることが確認できました。

なぜその発見が重要なのでしょうか?

ロペスサンチェス氏は 2 つの理由からこの発見の重要性を強調しています。一方で、その距離での大きな超大質量ブラック ホールの検出は、ブラック ホールがどのように成長するかを理解するのに役立ちます。一方、 Natureでの研究の結論により、その物体が発見された環境に由来する特性を研究することもできます。バニャドス氏によると、彼らの結果は「6億9000万年未満で8億太陽質量のブラックホールを形成するのは非常に難しいため、[これらの天体の起源について]存在する理論のいくつかに疑問を投げかける」という。これらの天体がエディントン速度と呼ばれる可能な限り最高の速度で物質を飲み込んだ場合、「これらのブラックホールは非常に巨大な『種』から形成されるはずだ」と彼は主張する。天体物理学者は今後、これらの巨大な種子がどのようにして発達することが可能であるかを説明するか、逆に、これらの「モンスター」がどのようにしてこのような短期間で形成されるかを理解するために別の仮説を提案する必要があります。

「ブラックホールは銀河などの小さな天体と合体することで成長し、ブラックホールの合体は重力波の重要な源である」とロペスサンチェス氏は言う。 『Nature』誌に発表された発見は、宇宙で最初の星が輝き始めた日付をより正確に特定するのに役立つだけでなく、超大質量ブラックホールの急速な成長を擁護する仮説を特に裏付けています。 「このクエーサーは非常に遠いので、宇宙の誕生はわずか約6億9000万年しかありませんでした。観測データは、当時の拡散ガスの大部分はすでに中性（および非電離）状態にあったという仮説を裏付けています」と彼は指摘する。宇宙で星がいつ形成され始めたかを理解するには、いわゆる再電離の時代がいつ始まったかを理解する必要があります。この段階では、形成中の星の作用によって冷たい拡散水素が再び「オン」になり、したがってこの種の研究は宇宙の歴史についてさらに詳しく教えてくれます。

バニャドス氏の意見では、検出されたクェーサーは「非常に興味深い天体」だが、現時点では１つだけだという。 「宇宙の再電離の時代史についてより確実な測定値を得るには、これらの天体をもっと見つける必要があります」と彼は言う。この研究の最初の著者は次のように強調しています。「ビッグバンから 6 億 9,000 万年後に進化した、非常に明るいクエーサーが存在することがわかっています。 「これが初めて形成されたクェーサーである可能性は低いため、調査を続ける意欲がさらに高まっています。」この天体は非常に高い輝度を持っているため、X線から電波まであらゆるものを使用して、世界および宇宙で最も強力な望遠鏡によって詳細に分析されています。科学者たちは、これまでに観測された中で最も遠いクェーサーが、宇宙の歴史をより深く理解するのに役立つことを期待しており、さらに多くの驚きを秘めていると期待している。