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2026-01-03 16:49:00
天文学者が初期宇宙の奥深くを観察するとき、彼らは完全に発達した宇宙物体を見ることは期待していませんが、小さな銀河、若い星、そしてまだ成長しようとしているブラックホールを見ることができます。
しかし、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による最近の観測では、まったく予想外のことが明らかになりました。それは、巨大なブラックホールがほぼ単独で存在し、その周囲に星がほとんど存在しないということです。
この天体は、Abell 2744-QSO1 と呼ばれる銀河内で発見されています。ビッグバンからわずか 7 億年後に存在し、すでに太陽の約 5,000 万倍の質量を持っていました。
その存在は、ブラック ホールがどのように誕生するかという基本的な考え方に疑問を投げかけ、星が存在する前にいくつかのブラック ホールが形成された可能性があるという興味深い可能性をもたらします。
「これはパズルです。伝統的な理論では、星は最初に形成されるか、ブラックホールと一緒に形成されると言われています」と、研究著者の一人でケンブリッジ大学博士研究員のボユアン・リウ氏は言う。 言った。
ルールを破る宇宙物体
標準的な天体物理学では、ブラックホールと星は密接に関連しています。星はガス雲の崩壊から形成されますが、それよりずっと後、最大の星が燃料を使い果たすときにブラックホールが現れます。
時間が経つにつれて、これらのブラックホールはガスを食べて他のブラックホールと合体することで成長します。このプロセスには時間がかかるため、天文学者たちは宇宙史の初期に非常に巨大なブラックホールがどのようにして出現したのかを説明するのに苦労しています。
ホスト銀河である QSO1 は、この問題をさらに困難にします。それには星の質量がほとんど含まれておらず、これは、このような巨大なブラックホールの存在を説明するには十分な星がなかったことを意味します。
研究著者らによると、これは、ブラックホールがその周囲に最初に通常の銀河を構築することなく大きく成長したように見えるという根本的な矛盾を生み出すという。
発見そのものよりも古いアイデアをテストする
この謎を探るため、研究者らは数十年前に提案されたものの確認されなかったアイデア、つまり原始ブラックホールに注目した。これらの仮想オブジェクトは、1970 年代にスティーブン ホーキング博士とバーナード カー氏によって提案されました。
原始ブラックホールは、死にゆく星から形成されるのではなく、ビッグバン直後の宇宙の極端な密度変化から直接出現することになる。このようなブラックホールのほとんどは、形成されたとしても小さく、寿命が短いはずです。
しかし、リュー氏のチームは、少数の個体が生き残り、適切な条件下で急速に成長する可能性があるかどうかを調査した。彼らは、最初の原始ブラックホールの周囲でガスがどのように挙動するか、その後近くで星がどのように形成されるか、星の死からの物質が成長する天体にどのように供給されるかを追跡する、より洗練された新しいシミュレーションを構築した。
これらのシミュレーションで研究者らは、太陽の質量の約5000万倍の巨大な原始ブラックホールの種から始めて、そこにガスがどのように流れ込むのか、近くで星がどのように形成されるのか、恒星の爆発が時間の経過とともに成長するブラックホールにどのように物質を送り返すのかを追跡した。
以前の単純化されたモデルとは異なり、これらのシミュレーションでは、複数の相互作用するプロセスが一度に考慮されました。研究チームがその結果を実際の JWST データと比較したところ、最終的なブラック ホールの質量だけでなく、QSO1 の周囲で検出された少数の星や化学元素においても、ほぼ一致していることがわかりました。
「通常の（ブラックホール形成）理論では再現が難しいという新たな観測により、初期宇宙に巨大な原始ブラックホールが存在する可能性がより許容されるようになる」とリュー氏は付け加えた。
ブラックホールはさらに興味深いものになる
この発見は、QSO1 のブラック ホールが原始ブラック ホールとして始まったことを証明するものではありませんが、そのような起源が観測と一致していることを示しています。研究者らによると、標準モデルはこのオブジェクトに対して非常に苦労しているため、これは心強いことだそうです。
今後、彼らはシミュレーションを改良し、将来の JWST の発見と比較する予定です。 QSO1のような銀河がさらに発見されれば、宇宙最大のブラックホールの一部が星の最終産物ではなく、宇宙の黎明期に誕生したという決定的な証拠が得られる可能性がある。
ただし、いくつかの問題に対処する必要があります。たとえば、原始ブラックホールの典型的なシミュレーションでは、100万太陽質量を超える天体が生成されることはめったになく、QSO1で見られるおよそ5000万太陽質量のブラックホールよりもはるかに小さい。
これは、通常の仮定の下では、原始ブラックホールがこのような極端な天体を説明できるほど速く成長するのに苦労していることを意味します。
これを回避する考えられる方法の 1 つは、原始ブラック ホールが宇宙初期に密集したグループを形成し、相互に融合してより迅速に質量を増加させた可能性があるということですが、このプロセスはまだ不確実で、モデル化するのが困難です。
もう 1 つの未解決の問題は、原始ブラック ホールの形成には高エネルギー放射線の強力なバーストが必要である可能性があることですが、QSO1 付近ではそのような発生源はまだ確認されていません。
の 勉強 に掲載されています arXiv。
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