彼らは、銀河の間を不可能な速度で単独でさまよう巨大なブラックホールを初めて観察した

これまで、天文学者は「」を観測​​することに限定していました。ハイパースピードスターおそらく他の星との衝突や近くの超新星の爆発によってもたらされた、強力な「重力キック」によって、スピードを上げて天の川から激しく追い出された太陽です。しかし、このようなものが954 km/sで飛び出すには、どのような「キック」が必要なのでしょうか？なぜなら、私たちが話しているのは、太陽1,000万個に相当する質量を持つ「獣」について話しているからです。これは、私たちの銀河系の中心に君臨するブラックホールである射手座A*の2倍以上です。そして、その速度で、この物体は 7 分以内に地球と月の間の距離をカバーすることができます。

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の並外れた赤外線視覚のおかげで行われたこの発見は、2023年に同じ研究者が初めて天体を見たときに最初に報告した、これまで単なる疑惑であったものを裏付けるものである。正式名称は RBH-1 (Runaway Black Hole 1) で、この巨大なさまようブラックホールは 75 億光年の距離にあります。

珍しい目的地

通常、 超大質量ブラックホールは銀河と関連しているそれらは、その巨大な重力によって支配され、それらの周りで成長し、進化します。したがって、これらの「暗黒の巨人」の1つが「荷物をまとめ」て単独で出発する可能性があるという単純な考えは、物理学と私たちの数十年にわたる観察経験の両方に反します。

それにもかかわらず、理論は半世紀以上にわたって、このようなことが起こる可能性があると警告し続けてきました。 「これらの結果は、研究者らの書き込みによれば、この航跡が、重力波の反動や銀河核からの多体放出の長年の予測の結果である暴走超音速超大質量ブラックホールによって引き起こされていることを裏付けるものである。」しかし、紙の上で予測することと、自分の目で見ることは全く別のことです。

これまで、天文学者は散在する手がかりを集めてきました。天の川銀河から放出された「ハイパースピード」星が検出されており、あたかも「メインエンジン」がもぎ取られたかのように中心に「穴」があるように見える、さまようブラックホールや銀河の候補さえも見つかった。しかし、このようなことが現実に起こり得ることを証明する決定的な証拠、つまり「犯罪の本体」が欠けていた。そしてそれはまさにRBH-1が表すものです。

所見の確認

RBH-1 が実際にその見た目どおりであることを確認するために、天体物理学者のピーター・ファン・ドックムと彼のチームは、ジェームス・ウェッブの NIRSpec 装置を使用しました。彼らの目標は、物体の周囲のガスの速度を分析することでした。そして彼らが発見したのは、ブラックホールの前面にある「弓衝撃」構造でした。全速力で航行する船の船首の前に、溜まって圧縮されて波を形成する水に似たもの。ただ、宇宙においては、「水」は銀河の周囲の媒体、銀河間の見かけの隙間に存在する希薄なガスと塵であり、「船」は高速で移動するブラックホールです。

幸運な偶然のおかげで、構造全体が私たちに向かってわずかに傾いているため、研究者たちは、衝撃によって加熱されたガスが発する光のドップラー効果を測定することができました。救急車のサイレンが近づくにつれて高く（音波の圧縮により）、遠ざかるにつれて低く見える（その「伸縮」により）のと同じように、発光物体が地球に向かって移動すると、放射する光波は圧縮されて青くなり（青方偏移）、遠ざかると伸びて赤くなる（赤方偏移）ことを思い出してください。

したがって、クラッシュ アークの前後でこの効果を測定すると、チームは速度に突然の重大な差が生じました。ショックフロントの後ろの物質は、その間に最小距離があるにもかかわらず、事実上、前方の物質よりも 1 秒あたり 600 キロメートル速く移動します。さらに、外側の端のガスは遠ざかり、赤方偏移を示します。研究によれば、この速度の特徴は明白であり、「RBH-1は、超大質量ブラックホールがその母銀河から脱出する可能性があるという50年前の予測の経験的検証であると論文は述べている。」

巨大な力

これは私たちに大きな疑問をもたらします: 1,000 万個の太陽の質量を 954 km/s で動かすにはどのような力が必要ですか?

研究者らは2023年の論文で、三体相互作用の可能性を検討した。つまり、3 つのブラックホールが 1 つが排出されるまで混沌と相互作用し、音楽が止まると 1 人を除く全員がなんとか座るという有名な椅子取りゲームの空間バージョンですが、大惨事の結果をもたらします。しかし、新しいウェッブの高精度データを入手したことで、仮説は、可能であればさらに素晴らしいシナリオ、つまり二元融合に向けて変化しました。

新しい研究によると、最も可能性の高い説明は、2つの銀河が過去に衝突し、それぞれの中心のブラックホールが互いに非常に接近したというものである。こうして 2 つの巨人は互いの軌道を回り始め、どんどん近づいていき、ついには それらは一つに融合した。アインシュタインの一般相対性理論によれば、質量が等しくない、または回転が異なる 2 つのブラック ホールが合体すると、重力波 (時空構造の波紋) が放出されます。

しかし、この放射は対称ではありません。つまり、すべての方向で同じではありません。これは大砲の射撃に似ています。エネルギーが一方向により多くの力で発射されると、物体は反動、つまり反対方向に「キックバック」を経験します。そしてRBH-1の場合、そのキックは非常に巨大で、結果として生じる銀河自体の脱出速度を超えていました。こうして、新たに形成されたブラックホールは飛び出し、銀河間の虚空を永遠にさまようことになった。

スターメーカー

逆説的だが、その飛行中に、おそらく周囲の銀河が破壊され、このブラックホールが無数の星を生み出している。そして、銀河間物質を通過する際に及ぼす巨大な圧力が、その「尾部」に本物のガスの「渦」を引き起こし、それが崩壊して新しい太陽を点火するのです。 20万光年の輝かしい「石碑」は、恒星たち、恒星たちに会うために決して立ち止まることのない父親の孤児の娘たちの真の苗床に変えられた。

コンピューターシミュレーションによると、宇宙はこうした目に見えない放浪者で満ちている可能性があるという。なぜなら、私たちが知っているように、銀河間の合体が宇宙の歴史において非常に一般的な出来事であり、現在もそうなっているのであれば、かなりの数の「さまよう超大質量ブラックホール」がどの銀河の熱からも遠く離れた暗闇の中に潜んでおり、RBH-1のように十分に濃いガス雲と相互作用するまでは私たちの望遠鏡ではまったく見えないはずだからです。

したがって、この発見は半世紀にわたる謎を解くだけでなく、銀河考古学に新たな時代を開くものでもある。これで、何を探すべきかがわかりました。ジェームズ ウェッブ望遠鏡は、結局のところ、銀河間の空間は私たちが思っているほど空ではなく、RBH-1 のような怪物でさえ時々暗闇から潜んでいることがあるということを私たちに教えてくれました…