ブラックホール星は宇宙初期に本当に存在する

初期の宇宙には、その中心にあるブラック ホールによって動かされる巨大な星のようなガスの球が散らばっているようです。この発見は天文学者を驚かせ、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) の発見によって引き起こされた最大の謎の 1 つを解決する可能性があります。

JWST が最初に宇宙の最初の 10 億年を振り返り始めたとき、天文学者たちは、私たちの地元の宇宙で見ることができるものとは異なる、非常にコンパクトで赤色で非常に明るい銀河のように見える銀河群を発見しました。これらのいわゆる小さな赤い点（LRD）の最も一般的な説明は、それらが周囲に塵が渦巻いている超大質量ブラックホール、または星が非常に密集した銀河のいずれかであると主張しましたが、どちらの説明もJWSTが検出している光を完全には理解していませんでした。

今年の初め、天文学者らは代わりに、LRD は、ブラックホール星と呼ばれる、中心にブラックホールを持つ高密度のガス球であると提案した。 「物質がブラックホールに落ちると、大量の重力エネルギーが放出され、その周囲のガス球全体が星のように光る可能性があります」とハーバード大学のアンナ・デ・グラーフ氏は言う。このエネルギーは通常の恒星の場合のように核融合から得られるものではないが、最終的な効果は、はるかに大きなスケールで、太陽よりも数十億倍明るい、同様の輝く高密度ガスの球になる、とデ・グラーフ氏は言う。

ただし、この解釈を支持する有望な LRD がいくつかありましたが、依然として議論の余地がありました。

今回、デ・グラーフ氏らは、JWSTが観測を開始して以来、100個以上の銀河を含むLRDの最も広範なサンプルを分析し、それらは星のような天体、つまりブラックホール星によって最もよく説明できると結論付けた。 「確かに、ブラックホール星という名前にはまだ議論の余地がありますが、現在、私たちが見ているのは濃密なガスに包まれた降着ブラックホールであるということについて、コミュニティ内でまともなコンセンサスが得られていると思います」とデ・グラーフ氏は言う。

研究チームが、LRD から来るスペクトルと呼ばれるさまざまな周波数の光の明るさを調べたところ、そのパターンは、黒体と呼ばれる単一の比較的滑らかな表面から来る光と最もよく一致しました。これは、星、塵、ガス、中心のブラック ホールの組み合わせから光を生成する銀河から見られる、より複雑でとがったスペクトルとは対照的に、星の出現方法でもあります。

ニューヨークのアメリカ自然史博物館のジリアン・ベロヴァリー氏は、「ブラックホールの星のモデルはしばらく前から存在していましたが、とても奇妙でありふれたものだと考えられていましたが、実際には機能しており、最も理にかなっているようです」と述べています。

「ブラック ホールの星モデルを使用すると、物事が非常にシンプルになります」とテキサス大学オースティン校のアンソニー テイラー氏は言います。 「これは単なる単純なフレームワークですが、 [observations] 特別な物理学を必要とせずに、本当に本当にうまくいきました。」

9月には、デ・グラーフ氏らは、銀河から来る光の周波数の非常に鋭いピークを持つ別個の単一のLRDも発見し、彼らはこれを「崖」と名付けた。 「私たちは、既存のモデルではまったく説明できない特定の特徴をスペクトル内に発見しました」とデ・グラーフ氏は言います。 「それができたら、実際に初めて、私たちが検討していたこれらの絵の両方から離れなければならないと自信を持って言えます。私たちは何か別のことを考えなければなりません。」

現在、多くの天文学者は、LRD が巨大な星のように機能しているように見えることに同意しているが、LRD に動力を与えているのがブラックホールであることを証明するのは難しいだろうとデ・グラーフ氏は言う。 「この物体の中心は、非常に高密度、つまり光学的に厚いこのエンベロープの中に埋め込まれています。内側にあるものは、周囲にあるものによって隠されています」とデ・グラーフ氏は言う。 「これらの物体は非常に明るいので、私たちはそれらがブラックホールであるとしか考えていません。」

ケンブリッジ大学のXihan Ji氏によると、ブラックホールがブラックホールであることを証明する1つの方法は、ブラックホールから発せられる光が時間の経過とともにどのように変化するかを観察し、私たちが知っている局所宇宙でのブラックホールの変化と同じように変化するかどうかを確認することだという。 「数カ月、場合によっては数日といった比較的短い時間スケールで明るさが変化するのがわかりますが、これらの小さな赤い点については、ほとんどの場合、この変動の証拠はほとんどないようです。」

JWST の観測時間は限られているため、LRD からの光のより長い変動の証拠を探すのは難しい場合がありますが、別の最近の研究が何らかの示唆を与える可能性があります。ハーバード大学の孫鳳武氏らは、重力レンズと呼ばれる、地球と地球の間にある非常に巨大な銀河の周りで光を曲げたLRDを発見した。このレンズはオリジナルの LRD の 4 つの画像を生成しましたが、各画像の光は異なる距離を移動して私たちに到達したため、それぞれの画像は 130 年にわたる異なるスナップショットで銀河を観察することに相当しました。

4 つのスナップショットは、既知の脈動星と同様の明るさの変動を示しているように見えますが、はるかに広い幅を示唆しており、これもブラック ホール星仮説と一致しています。サン氏と彼のチームは取材を拒否した 新しい科学者 この話のために。

重力レンズを使用して異なる時点で LRD を測定するというアイデアは賢明ですが、明るさの変化については別の説明ができる可能性がある、とベロヴァリー氏は言います。 「彼らの主張を実際に裏付ける十分なデータがあるかどうかは確信が持てません。彼らの主張が間違っていると言っているわけではありませんが、この変動は他の事柄によっても説明できると思います。」

これらの銀河がブラックホール星であることが判明した場合、それらがどのようにして誕生し、ブラックホールが今後何に変化するのかについての真新しいモデルが必要になるとデ・グラーフ氏は言います。なぜなら、私たちの局所宇宙には同等の星系が存在しないからです。

「これは本質的に、これらの超大質量ブラックホールの新たな成長モード、または成長の歴史の一部のようなものである可能性があります」と彼女は言う。 「彼らがこれらの出来事のうちの1つだけを経験したか、彼らの生涯がどのくらい長いか、または彼らの貢献がどれほど重要か [to the final mass of the black hole] まだ非常に不明瞭だ。」

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