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2025-10-12 01:03:00
宇宙の初期を振り返るには、科学者は多くの仮定を立てる必要があります。しかし、場合によっては、それらの仮定を確認または置き換えることができる、より優れたツールを入手できます。
最近、宇宙で最も明るい既知のクエーサーである超大質量ブラックホール J0529 の研究に関して、それが起こりました。
大局的に見てみると、その質量は依然として太陽の質量の 8 億倍です。しかし、100億太陽質量という当初の推定値と新しい推定値との間に、なぜこれほど大きな乖離があるのでしょうか?
より優れた技術、この場合は VLT の干渉計は、J0529 を発見した最初の研究チームが立てた一般的な仮定を反証しました。これは、特に宇宙初期のブラック ホールのサイズの理解に大きな影響を与えます。
強力なガスの流出を引き起こし、急速に進化しているブラック ホールのアーティストの印象。 (ノワールラボ/NSF/AURA/J.ダ・シルバ/M.ザマニ)
以前は、ブラック ホールの質量を計算する標準的な方法は、ブラック ホールを囲む降着円盤の軌道速度の 2 乗を取得し、それにブラック ホールまでの距離を掛けることで質量を近似することでした。
J0529 が 2024 年に発見されたとき、研究者たちはその距離を知っていました。その距離は、宇宙自体が誕生してまだ 15 億年しか経っていなかったとき、約 125 億光年離れていました。そして彼らは、降着円盤の輝線の幅を測定することで、降着円盤の軌道速度を測定できると考えました。
輝線は、降着円盤内の過熱ガスと塵によって放出される光から来るスペクトル信号です。
軌道速度の標準的な計算は、輝線が「広い」ほどガスの周回速度が速いという基本的な仮定に基づいています。これは、私たちに向かって移動する物質 (青方偏移) と遠ざかる物質 (赤方偏移) の両方を反射するため、幅が広くなります。
移動速度が速いほど、線のシフトが大きくなり、データのプロファイルが「広く」なります。 J0529 は非常に幅広い輝線を持っていたため、ガスは速く移動しているに違いないと考えられ、したがってガスをそれほど速く移動させるには、その中心にある超大質量ブラックホールが非常に大きくなければなりません。
干渉計として機能し、4 つの 8 メートル望遠鏡すべてからの光を 1 つの「仮想」望遠鏡に結合することで VLT の観測能力を大幅に向上させる GRAVITY+ 装置を使用することで、研究者らは、J0529 の周囲のブロード ライン領域 (BLR)、つまり超大質量ブラック ホールを周回する雲の領域を直接見ることができました。
その画像では、巨大なガス噴流が秒速 10,000 km でブラックホールから飛び出すのが見えました。ブラックホールは周囲のすべてのものを吸収し、何も逃げないと一般に考えられているため、これは直感に反するように思えるかもしれません。
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しかし、その重力は降着円盤内の物質に大規模な破壊を引き起こす可能性があり、その結果、物質がブラックホールの事象の地平線に入る前に、驚くべき速度で放出されることになります。
そして、降着円盤がブラックホールの周りを周回する速度は、その質量を計算する際の主な要素であるため、そのようなジェットはホストブラックホールの質量の測定値を歪める可能性もあります。
J0529の場合はまさにそれが起きた。秒速 10,000 km のジェットは、最初の研究者たちが観察していたスペクトル線を大幅に広げ、J0529 から来る非常に広いスペクトル線は、ブラック ホールの質量に関係のない流出ではなく、極端な軌道速度によって引き起こされていると考えました。
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流出が空間的に観察されると、研究者らはその値をスペクトル線から差し引いて J0529 の質量を再計算することができ、その結果、質量は元の推定値の約 10% にすぎませんでした。しかし、もう一度大局的に考えると、J0529 は依然として太陽の 8 億倍の大きさです。
この研究はまた、ビッグバンからわずか数億年後に超大質量ブラックホールがどのようにして太陽の数十億倍の大きさにまで成長するのかなど、天体物理学のいくつかのやっかいな問題に追加の証拠を提供する。
J0529の明るい流出ジェットは、スーパーエディントン付加と呼ばれるプロセスによって供給されており、そこでは物体がその「エディントン限界」、つまり成長の原因となっている物質を吹き飛ばさない程度の質量を考慮して物体が輝くことができる最大の明るさを超えている。
ブラックホールは一定期間エディントン限界を超えて成長する可能性があるが、そうすることで質量に寄与するはずの物質が自らの光の圧力で吹き飛ばされてしまうため、長期的には全体的なサイズの一部が犠牲になることになる。
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このように吹き出された同じジェットは、銀河の形成に大きな影響を与える可能性があります。その理由は、その経路で星の形成を止めたり、ジェットを作成した銀河以外の他の銀河に物質を分散させたりする可能性があるからです。
より強力な望遠鏡が入手できるようになると、遠く離れた銀河で何が起こっているかをさらに詳しく把握できるようになるでしょう。
そして願わくば、これらの写真によって、私たちが宇宙について知っていることについての仮定を確認できるだけでなく、宇宙で何が発見できるかについての新たな洞察も得られることを願っています。
これが、科学的発見を可能にする技術進歩のサイクルが非常に強力である理由の 1 つです。
#燃えるような流出により宇宙で最も明るいクエーサーの質量が10分の1に縮小 #ScienceAlert