宇宙の夜明けに踊るモンスターブラックホールの祖先

2024年8月30日
東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構（Kavli IPMU, WPI）

東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構（Kavli IPMU, WPI）の尾上匡房 (おのうえまさふさ) 特任研究員とJohn Silverman (ジョンシルバーマン) 教授が参加する愛媛大学や国立天文台などの研究者から成る研究チームが、すばる望遠鏡によって発見されたクエーサーのペアを、アルマ望遠鏡で詳細に観測したところ、この天体は初期宇宙で最も明るい種類の天体「高光度クエーサー」の祖先であることが分かりました。初期宇宙における天体の進化を明らかにする大きな手掛かりとなる発見です。

図. 観測結果に基づく銀河衝突の想像図。銀河同士が衝突することで、星形成活動や中心の超巨大ブラックホールの成長が少しずつ活性化していくようすを描いています。Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T.Izumi et al.

誕生してから10億年もたっていない初期の宇宙には、質量が太陽の10億倍以上の超巨大ブラックホールが数多く発見されています。この超巨大ブラックホールは、大量の星間物質を取り込んで銀河本体を上回るほど極めて明るく輝くクエーサー (高光度クエーサー) として観測されます。一方で、クエーサーを持つ銀河は、多量の星を形成していることが知られています。このような超巨大ブラックホールの成長や爆発的な星形成の解明には、銀河同士の合体が鍵を握ると考えられています。しかし、合体前の天体は暗いために発見が難しく、研究は進展していませんでした。
　
研究チームは、すばる望遠鏡の超広視野主焦点カメラ HSC を用いた大規模探査のデータから、誕生後9億年の初期宇宙に、非常に暗いクエーサーのペアを発見しました。アルマ望遠鏡を用いた観測で、クエーサーを含む銀河の状態について調べたところ、2つの銀河は互いに影響し合っていること、そして近い将来に合体して1つの銀河になるのが確実であることが分かりました。銀河が持つ星間物質が大量であるため、合体後に爆発的な星形成を起こすことや、超巨大ブラックホールに飲み込まれて高光度クエーサーとして輝くことが可能になります。今回の研究では、高光度クエーサーと、それを持ち爆発的に星形成を起こす銀河となる前の段階の天体とを、初めて同定したことになります。

ただ、銀河が取り込む星間物質の状態を観測することはできましたが、そこで形成される星の性質についてはまだ分かっていません。今回の研究をリードした国立天文台の泉拓磨（いずみたくま）准教授は、「たとえば、現在稼働中のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使うことで、恒星の性質も詳しく知ることができるでしょう。ようやく見つけたモンスターブラックホールの祖先を、宇宙の貴重な実験室として、さまざまな観測を通じて理解を深めていきたいと思います」と今後の研究の方針を語っています。

本研究成果は、米国の天体物理学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル』に2024年8月29日付で掲載されました。

詳細については国立天文台の記事をご覧下さい。

・発表雑誌
雑誌名：Astrophysical Journal
論文タイトル：Merging gas-rich galaxies that harbor low-luminosity twin quasars at z = 6.05: a promising progenitor of the most luminous quasars
著者：Takuma Izumi, Yoshiki Matsuoka, Masafusa Onoue, Michael A. Strauss, Hideki Umehata, John D. Silverman, Tohru Nagao, Masatoshi Imanishi, Kotaro Kohno, Yoshiki Toba, Kazushi Iwasawa, Kouichiro Nakanishi, Mahoshi Sawamura, Seiji Fujimoto, Satoshi Kikuta, Toshihiro Kawaguchi, Kentaro Aoki, Tomotsugu Goto

DOI: 10.3847/1538-4357/ad57c6　(2024年8月29日掲載)
論文のアブストラクト（Astrophysical Journalのページ）

（関連リンク）
宇宙の夜明けに踊るモンスターブラックホールの祖先 (2024年8月30日国立天文台の記事)
宇宙の夜明けに踊るモンスターブラックホールの祖先 (2024年8月30日ハワイ観測所の記事)
宇宙の夜明けに踊るモンスターブラックホールの祖先 (2024年8月30日アルマ望遠鏡の記事)
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