天文学者が初めて宇宙の夜明けから合体するクエーサーを発見

宇宙は広大であるにもかかわらず、銀河は今も衝突し、合体し、さらには重なり合っている。現在、国際的な天文学者チームが、これまで発見された中で最も遠いクエーサーのペアを発見した。この2つの銀河核は互いに合体し、塵とガスが中心の超大質量ブラックホールに落ち込んでいる。すべてのクエーサーと同様に、このペアは膨大な量の光を発しているが、このダイナミックなデュオの歴史は、はるか宇宙の夜明けにまで遡る。この発見は、 The Astrophysical Journal Lettersに掲載された研究で説明されており、これらの神秘的な宇宙の天体に光を当てている。

クエーサーとは何ですか?

私たちの宇宙は、ビッグバン後の最初の数秒以来、ほぼ 140 億年にわたって膨張し続けています。初期の宇宙は今よりはるかに小さく、形成された銀河は互いに相互作用し、融合する可能性が高かったのです。

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これらの銀河の合体は、クエーサー（非常に明るい銀河の中心核で、中心にある超大質量ブラックホールにガスと塵が落ち込んでいる）の原動力です。名前に反して、これらの巨大な中心ブラックホールは膨大な量の光を発しています。

初期の宇宙を振り返ると、天文学者は、ホスト銀河が合体している最中に、互いに非常に近いクエーサーのペアをいくつか発見すると思われます。しかし、この時期にこれらの銀河が合体している証拠は、現在まで見つかっていません。

再イオン化の時代とは何ですか?

この新しい研究で、研究チームはハワイの地上にあるジェミニ北望遠鏡のデータを使用しました。彼らは、発見した一対のクエーサーが宇宙の夜明け、つまりビッグバンから約 5000 万年から 10 億年後の時代のものであることを確認しました。これは、星や銀河が出現し始め、暗い宇宙が初めて光で満たされた頃です。

科学者たちは、宇宙の夜明けにおけるビッグバンからおよそ 4 億年後、宇宙が形成された時代を再イオン化の時代と呼んでいます。最初の恒星、銀河、クエーサーからの紫外線が宇宙に広がりました。この光は、初期宇宙の水素原子から電子を剥ぎ取るイオン化と呼ばれるプロセスも行いました。

天文学者によると、再イオン化の時代と、そのすべての水素の除去は、宇宙の歴史において重要な時代でした。それは宇宙の暗黒時代の終わりを示し、今日地球から見ることができる大きくて輝く構造の始まりでした。

赤を見る

再電離期にクエーサーが果たした役割をより正確に理解するために、天文学者たちは宇宙のこの初期の遠い時代のクエーサーを探しています。

「再電離期のクエーサーの統計的特性は、再電離の進行と起源、宇宙の夜明け期の超大質量ブラックホールの形成、クエーサーのホスト銀河の最も初期の進化など、多くのことを教えてくれます」と、研究の共著者で愛媛大学の天文学者、松岡良樹氏は声明で述べた。

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これまで、再電離期にはおよそ 300 個のクエーサーが発見されているが、ペアで発見されたものはない。他にもクエーサーのペアの候補はいくつかあるが、研究チームによると、それらを単一のクエーサーから発生する重力レンズ効果と区別するのは困難だという。

松岡氏と研究チームがすばる望遠鏡のハイパー・シュプリーム・カムで撮影した画像を確認していたとき、かすかな赤い部分があることに気づいた。

「クエーサー候補の画像をスクリーニングしているときに、似たような非常に赤い源が2つ隣り合っているのに気づきました」と松岡氏は言う。「この発見はまさに偶然でした。」

当初、研究チームは、それがクエーサーのペアであるかどうか確信が持てませんでした。遠方のクエーサー候補は通常、前景の星、他の銀河、重力レンズ効果など、複数の他の光源によって汚染されています。研究チームは、さらに詳しく調べるために、すばる望遠鏡の微光天体カメラおよび分光器 (FOCAS) とジェミニ北望遠鏡のジェミニ近赤外線分光器 (GNIRS) を使用して、追加の分光測定を実施しました。

「GNIRSの観測からわかったことは、クエーサーは地上最大級の望遠鏡を使っても近赤外線では検出できないほど暗いということだ」と松岡氏は語った。

巨大合併

研究チームは、可視波長域で検出された光の一部は、実際にはクエーサー自体から来ているわけではないと推定した。代わりに、クエーサーのホスト銀河で進行中の星形成が起こっている。研究チームはまた、中心にある 2 つのブラックホールがかなり大きく、太陽の質量の約 1 億倍であることも発見した。2 つのクエーサーの間にガスの橋が存在することと合わせて、これは 2 つのクエーサーが大規模な合体を起こしていることを示唆している。

「再電離期における合体クエーサーの存在は長い間予想されていたが、今回初めて確認された」と松岡氏は語った。

再電離の時代自体は、宇宙構造の最も初期の形成から、数十億年後に私たちが観測している複雑な宇宙までをつなぐ比喩的な宇宙の架け橋です。この時代の宇宙の最も遠い天体のいくつかを研究することで、天文学者は再電離と宇宙の最初の天体の形成について貴重な洞察を得ることができます。NSF-DOE ベラ C. ルビン天文台の 10 年間にわたる空間と時間のレガシー サーベイ (LSST) は来年開始される予定で、より多くの低温クエーサーを検出できる可能性があります。