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2025-12-21 00:00:00
最大の謎の一つは、 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、超大質量ブラック ホール (SMBH) の誕生を調査するために開発されました。 20年以上にわたり、天文学者たちは、太陽質量数百万から数十億もの重力を持つこれらの巨大な重力物質が、ビッグバンから10億年も経たないうちにどのようにして存在できたのかについて困惑してきた。最も広く受け入れられている宇宙論モデルによれば、巨大ブラックホールは、ブラックホールの形成と合体という通常のプロセスを経て形成されるのに十分な時間がありませんでした。
最近の観測はこれらのモデルに疑問を呈し、SMBH の「種子」が直接崩壊ブラック ホール (DCBH) として知られる宇宙ガスの雲の崩壊から直接形成されたという対立仮説を支持しています。唯一の選択肢は、宇宙初期に巨大なブラックホールを残すのに十分な大きさの星（人口III星）が存在したということです。国際チームは JWST を使用して、「」という理論を裏付ける最初の証拠を発見しました。モンスタースター初期の宇宙には1,000から10,000の太陽質量が存在しました。
このチームは、バージニア大学のスイス国立科学財団博士研究員であるデベシュ・ナンダル氏によって率いられました。 理論計算研究所 (ITC) ハーバード＆スミソニアン天体物理学センター (CfA)。彼には、宇宙論の上級講師であるダニエル・ウェイレンが加わりました。 宇宙重力研究所 (ICG) ポーツマス大学;アラブ首長国連邦大学（UAEU）の天体物理学者ムハマド・A・ラティフ氏とモナシュ大学物理・天文学部の研究者アレクサンダー・ヘガー氏。
*ビッグバンからわずか 1 億年後に出現したと思われる人口 III の星群のアーティストの印象。クレジット: NOIRLab/NSF/AURA/J.ダ・シルバ/スペースエンジン/M.ザマニ*
研究チームは、JWST を使用して、GS 3073 の化学的特徴を調べました。GS 3073 は、Latif、Whalen、および研究者の同僚によって 2022 年に最初に特定された銀河です。 天文学研究所 (IfA) エディンバラ大学、エクセター大学、 ハーツバーグ天文学および天体物理学研究センター。当時、発見チームは、既知の種類の星や恒星の爆発で説明できるよりもはるかに高い、極端な窒素対酸素比 (0.46) に注目しました。このことから、集団IIIとして知られる宇宙の最初の星は、ビッグバンから数億年後に冷たいガスの乱流から形成されたという理論が導き出された。
彼らはまた、GS 3073の中心には活発に給餌しているブラックホールがあり、これがこれらの「モンスタースター」の1つの残骸である可能性があると指摘した。この種の恒星天体の存在は、ウェッブがビッグバンから 10 億年も経たないうちに存在した複数のクエーサーを検出した理由を説明できるだろうと彼らは主張した。活動銀河核 (AGN) としても知られるこの現象は、銀河の中心にある SMBH によって引き起こされ、落下するガスや塵が光速近くまで加速されます。これにより、その過程で膨大な量のエネルギーが放出され、中心領域が一時的に円盤内のすべての星よりも明るく輝きます。ポーツマス大学でナンダル氏はこう語った プレスリリース::
化学物質の存在量は宇宙の指紋のように機能し、GS3073 のパターンは通常の星が作り出すものとは異なります。その極度の窒素は、私たちが知っているただ 1 種類の発生源、つまり太陽の数千倍も重い原始星と一致します。これは、第一世代の星には、初期の銀河の形成に貢献し、今日の超大質量ブラックホールの種をまいた可能性がある真の超大質量天体が含まれていたことを示しています。
この理論を検証するために、ラティフ氏、ホエーレン氏、および彼らのチームは、太陽質量 1,000 ～ 10,000 の星がどのように進化し、どのような化学物質を生成するかをモデル化しました。これにより、GS3073 で観察された窒素対酸素比を説明する特定のメカニズムを特定することができました。それは、怪物星がその核でヘリウムを融合させて炭素を生成するところから始まり、その炭素が水素が融合している周囲の殻に漏れ出ます。そこに到着すると、炭素は水素と結合して窒素を形成し、窒素は対流によって星全体に分布し、最終的には宇宙に放出されます。
*「モンスタースター」がGS3073の周囲で観察される窒素過剰状態をどのようにして生み出すかを詳細に示した図。クレジット: 宇宙論重力研究所/ポーツマス大学*
さらに、これらの発見は、ビッグバン後 38 万年から 10 億年の間に存在した宇宙、つまり「宇宙の暗黒時代」についての新たな洞察を提供しています。最近まで、この宇宙論的時代は天文学者にとってアクセスできませんでした。なぜなら、この時代の光は従来の機器では観測できないほど微弱であり、JWST で使用されているような最先端の赤外線光学機器が必要だったからです。研究者らは、今後の調査で同様の窒素過剰の銀河がさらに発見され、科学者が「怪物星」の存在の可能性をさらに調査できるようになると予測している。ホエーレンはこう言った。
私たちの最新の発見は、20 年にわたる宇宙の謎を解くのに役立ちます。 GS 3073 により、これらのモンスター星が存在したことを示す最初の観測証拠が得られました。これらの宇宙の巨人は、巨大なブラックホールに崩壊する前に、短時間輝かしく燃え、数十億年後に私たちが検出できる化学的痕跡を残したでしょう。地球上の恐竜に少し似ています – 彼らは巨大で原始的でした。そして彼らの寿命は短く、わずか25万年、つまり宇宙的な瞬きの期間しか生きませんでした。
#天文学者が宇宙初期に怪物星があったという初めての有力な証拠を発見