ウェッブ、130億年前のブラックホールを直接測定——自身の銀河より先に誕生

銀河Abell2744-QSO1に存在するブラックホールの質量は太陽の5000万倍だ。それ以外はすべて銀河本体にある。この比率は、既存のあらゆるモデルと矛盾している——現代の天文学が観測できる銀河では、中心部のブラックホールは恒星の総質量のごく一部にすぎない。ここではブラックホールが全体の3分の2を占める。

この不均衡には具体的な説明がある。それは、銀河とブラックホールの共進化に関する天文学の従来の理解を根本から覆すものだ。チームは銀河の金属量を測定した——星が生涯を通じて生成する、水素とヘリウムより重い元素の濃度だ——その結果、太陽の0.5パーセント未満という値が得られた。この限りなくゼロに近い値は、ウェッブが観測した時点で、この銀河でほとんど星が生まれ死んでいなかったことを示す。ブラックホールは、基本的に生まれたばかりの、汚れのない銀河の中ですでに巨大な存在だったのだ。

この発見は、ウェッブが初めて可能にした技術によるものだ。ブラックホールの近傍を周回するガスの動きと組成を地図化することで——測定可能な速度で内側に引き込まれる高温プラズマ——ケンブリッジ大学のRoberto Maiolino率いるチームは、理論的な代理指標に頼ることなく質量を直接計算することができた。宇宙誕生から最初の10億年以内に存在するブラックホールを直接測定したのは、これが初めてとなる。

宇宙論の標準的な描像では、銀河と中心ブラックホールは数十億年かけて相互に作用しながら成長するとされてきた——合体、ガス流入、恒星フィードバックサイクルを通じて互いを養いながら。Abell2744-QSO1はその描像を打ち砕く。銀河は、ブラックホールと同じペースで共進化してきたとは考えられないほど原始的で、ブラックホールに比べて小さすぎる。何かがこのブラックホールを早い段階で生み出した——おそらく大規模な原始ガス雲の直接崩壊、または最初世代の巨大な星から生まれたブラックホール——その後、銀河がその周囲で成長したのだろう。

この結果は確定的ではない。極端な距離にある単一の天体を、極端な観測条件下で測定しただけでは、銀河形成理論を全面的に書き換えるには不十分だ。ケンブリッジチームは、この測定がブラックホールを取り巻くガス円盤の形状に関する仮定に依存しており、ウェッブの観測では事象の地平線付近の最小スケールを完全に分解できないと指摘している。独立した確認のためには、同様の距離にある追加天体が必要だ。

その天体は見つかりつつある。Abell2744銀河団のような既知の銀河過密領域を対象とするウェッブの継続的な観測が、必要なサンプルをもたらすだろう。Maiolino率いるチームは、同じ領域の追加候補天体をすでに分析している。ビッグバン後の最初の10億年間におけるブラックホール質量の初の直接センサスが、いまここから始まる。

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