ブラックホールはビッグバン後の星の形成を加速した可能性がある

2022 年の夏、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡が宇宙の深さから最初の画像を中継したとき、予期せぬことが明らかになりました。それは、はるか以前から、初期の宇宙は巨大で明るい銀河で満ちており、驚くべき数の星であふれていました。それらのようなものは存在するはずです。

ビッグバンから10億年も経っていない宇宙進化の初期段階では、これらの星にはそれほど大きくなる時間がなかったはずだと研究者らは主張した。 オーストリア科学技術研究所の天体物理学者ジョリット・マッシー氏は、 最近のものに入れてください プレスリリース: 「身長2メートルの5歳児を見ているようです。 何かが合わないんです。」

この発見により、科学者たちはこれらの成長しすぎた銀河を説明する方法を模索することになったが、これは一見すると、宇宙がどのようにして現在の状態に発展したのかについて天文学者が知っていることと矛盾しているように見える。

ブラックホール：宇宙の破壊者か、それとも星の工場か？

考えられる答えの 1 つは、 2024年の調査 によって導かれて ジョセフ・シルク、ジョンズ・ホプキンス大学とソルボンヌ大学の天体物理学者。 彼は、これらの銀河の驚くべき点はその明るさだけではないことに気づきました。それらのほとんどは中心に巨大なブラックホールも持っていました。

シルクはそれが偶然だとは思わない。 彼は、殲滅の力で有名なこの大食漢が、実際には新しい星の誕生を加速させる役割を果たしている可能性があると信じている。 「[They’re] この現象を理解するために私たちが求めている触媒が欠けているのですが、そうでなければまったく奇妙です」と彼は言う。 「2 つの謎を結び付けるだけで、解決策が得られます。」

私たちは、ブラックホールが周囲のあらゆるものを取り返しのつかないほど飲み込んでしまうと想像しますが、定義上、ブラックホールはその支配から逃れることができないほどの巨大な重力を持った領域です。実際には、ブラックホールはそれぞれの食事の一部を、いわゆる「吐き出す」形で吐き出します。 活動銀河核 (または AGN) フィードバック。

その仕組みは次のとおりです。物質がブラック ホールの周りを周回すると、ブラック ホールが形成されます。 降着円盤 土星の輪に似ています。 急速に回転する円盤が加熱され、膨大なエネルギーが放出されて、イオン化した粒子と想像を絶する高温のガスのジェットが噴射されます。 「銀河は間に挟まれています」とシルク氏は言う。 「こうした流出によって潰されつつある。」

このプロセスは、思っているほど破壊的なものではありません。 彼と彼の同僚は、これらの流出物は実際には「初期銀河の種」であり、周囲の数百光年に到達し、非晶質ガス雲を巻き上げて星を形成したと考えている。 もし彼らが正しければ、これらの明るい銀河の存在はまったく不思議ではありません。 ブラックホールは星形成の増幅器として機能しており、まさにあなたが期待しているものです。

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ブラックホールと銀河、どちらが先ですか?

この写真で何かがおかしいと思われる場合は、それが矛盾している可能性があります 長年にわたる物語 ブラックホール形成の概要は次のとおりです。ビッグバンのエネルギー的な混乱が収まり始めると、基本的な粒子が原子としてくっつき、結合してガス雲となり、固まった星となり、その一部が崩壊してブラックホールになりました。

言い換えれば、ブラックホールは超大質量星の子孫であると考えられており、その逆ではありません。 シルク氏の理論はこの話をひっくり返し、彼らが先だったということを示唆している。 私たちは、卵が先か鶏が先かという宇宙規模のシナリオに取り組んでいます。

従来のルートではなかった場合、どのように結成されたかは不明です。 一部の専門家は、巨大なガス雲が発生した可能性があると仮説を立てています。 直接折りたたまれた ブラックホールに突入し、（通常は長い）星相を高速で通過するか、完全に迂回します。 他の人は、それらが「原始的な」ブラックホール、つまり宇宙誕生後の最初の数秒での宇宙の密集領域の崩壊によって生じた仮想の物体である可能性があると考えています。 (これらも同様です) 候補として挙げられた 捉えどころのない暗黒物質について）。

これらは JWST の予期せぬ観測に対する適切な解決策となるでしょうが、今のところは単なる推測にすぎません。 おそらく新しい世代が必要になるだろう 干渉計 —ブラックホールの生成からの重力波を検出できる装置—問題を解決するために。 「それによって最終的にジグソーパズルのピースが組み立てられ、ブラックホールが最初にそこにあったのか、それともブラックホールがより自然に形成されたのかが判断されるでしょう」 [known] 天体物理学的プロセス？」 シルクは言う。 「それが大きな疑問です。」

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宇宙が溶け出す

その遠い時代に何が起こったとしても、急速な星形成の時代はとうの昔に過ぎ去りました。 ビッグバンの約5億年後から20億年か30億年後までしか続かなかったと思われます。 「そのとき、花火が打ち上げられます」とシルクは言います。 「その後、事態は落ち着きます。」

銀河が拡大するにつれて、それぞれの銀河を横切る距離はさらに広がり、星を作るために必要な原料は広がり、ついにはその活発なブラックホールの流出さえも、もはや何も構築できなくなった。 恒星的な生産性の強烈なフラッシュは、近くの（つまり、より最近の）宇宙のポケットで今でも時々現れますが、宇宙全体は穏やかになっています。

比較的平和で静かな現代宇宙において、私たちはこの大量の物質の流入が何なのかを解明する必要があります。 JWSTからの画像 銀河がどのように形成されるかを理解するための手段です。 科学者たちは、ブラックホールが銀河進化の主要な推進力であることをすでに知っていましたが、シルクの研究は、ブラックホールがこれまで考えられていたよりもさらに長い間、影響力を持っていたことを示唆しています。

「やるべきことはたくさんありますが、そのギャップは埋められつつあります。」と彼は言います。

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