天文学者たちは宇宙の夜明けから超大質量ブラックホールを発見した

大きな爆発がありました。それがすべての始まりでしたが、数億年の間、すべては暗闇でした。その後、光がちらつき始め、星やガス、銀河がすべてオンラインになりました。

その夜明けに最も明るく輝いた光の一つは、その中心に暗く飢えた穴を持っていた。太陽8億個よりも重いこのブラックホールは、ビッグバンからわずか6億9千万年後、宇宙がまだ幼かった頃に存在していた。

エドゥアルド・バニャドス氏を含む研究者らは、今週ネイチャー誌に発表した論文で、ブラックホールとそれに付随する明るいクエーサーの存在を報告した。天文学者らは宇宙初期のブラックホールの証拠を探していたが、それでもJ1342+0928と名付けられたこのブラックホールの巨大さには驚かされた。

ブラックホールは、宇宙の中で重力が強すぎて何ものも逃れられない地点です。岩石もガスも光さえも逃れられません。大きなブラックホールの近くでは、周囲の物質が渦を巻いて降着円盤と呼ばれるものを形成します。円盤内の物質は毎秒数千マイルの速度で回転し、移動するにつれて熱くなり、他の塵やガスの破片にぶつかり、すべて同じ狂ったカルーセルに乗って破滅へと向かいます。

物質自体はブラックホールに落ちていき、二度と見ることはできないが、その揺れによってエネルギーが放出され、非常に明るい熱と光の形で宇宙へと放出される。その光がバニャス氏と共著者らが検出できたクエーサーを形成し、彼らはそれを使って J1342+0928 の驚くべき質量を推定した。

バニャドス氏によると、恒星が崩壊して形成される典型的なブラックホールは、太陽の50～100倍の質量を持つ可能性があるという。「ブラックホールを成長させ、周囲からガスなどの物質を供給し、6億9000万年かけて成長させたとしても、この超大質量ブラックホールの大きさに達することはできないでしょう」とバニャドス氏は言う。

このブラックホールがなぜこれほど急速に大きくなったのかを解明するには、バニャドス氏のような観測天文学者が理論天文学者や天体物理学者と協力する必要がある。その過程で、彼らは万物の進化など、ほんの少しだけ幅広い疑問も調べている。「この天体は非常に遠く、非常に明るいため、初期宇宙を研究する実験室となる」とバニャドス氏は言う。

バニャス氏は、記録に残る最も遠いクエーサーの約半分を発見したが、このクエーサーは、最も質量が大きいわけではないものの、最も遠いクエーサーである。光は移動に時間がかかるため、物体が遠いほど、私たちがその物体を観測する歴史はより古いことになる。つまり、この物体は、科学者が観測した他のどの物体よりも、宇宙の誕生からかなり古い時代のものだ。

「この記録は素晴らしいですが、記録のためにやっているわけではありません」とバニャドス氏は言う。「これは非常に成熟したものであり、これが史上初のクエーサーだとしたら非常に驚きです。私たちか他の誰かがこの記録をすぐに破ってくれることを願っています。」

このクエーサーは非常に明るいため、位置する銀河よりも 1000 倍も明るい。中心にあるクエーサーが可視光線と紫外線の両方の波長でクエーサーの光をかき消しているとはいえ、その銀河も弱いわけではない。幸い、銀河をより長い波長で見ると、いくつかの詳細が見え始める。バニャドス氏は、今週アストロフィジカル ジャーナル レターズに発表された、ブラックホールの周囲の銀河に焦点を当てた別の論文の共著者である。当時、その銀河は星間塵で完全に覆われており、1 年に太陽質量の約 100 倍 (恒星の質量) の新しい質量を生み出していた。私たちの銀河は、1 年に太陽質量の約 1 倍しか生み出さない。

彼らはまた、ブラックホールの周囲の空間付近についても何かを検出することができ、その領域の約半分には非イオン化水素（これが光を遮り、宇宙の最初の数億年間の暗黒時代をもたらした）があり、残りの半分にはイオン化水素があることを発見した。これは、宇宙が前者から後者に優勢に切り替わった時点でこのブラックホールが存在していた可能性があることを示している。

「これがいつ、どのように起こったかは、その後の宇宙の進化に根本的な影響を及ぼします」とバニャス氏は言う。「しかし、私たちはさらに遠くにある物体を見つけて探し続け、この実験を繰り返す必要があります。」

幸いなことに、今では宇宙の起源を調査する機会が増えています。2018年、バニャス氏と世界中の他の研究者は、さまざまな望遠鏡を使用してこの天体をさらに徹底的に調査し、夜空に他の天体を探す予定です。

「私たちはとても幸運な世代です」とバニャドス氏は言う。「私たちは宇宙で最初に形成された銀河やブラックホールのいくつかを詳細に研究し、その特徴を明らかにする技術を持つ最初の人類です。これが魅力的でないなら、何が魅力的なのかわかりません。」