2026年8月31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)
1. 発表概要
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）で研究を行う東京大学大学院理学系研究科の田中匠 (たなか たくみ) 大学院生が先導し、Kavli IPMU の John Silverman (ジョン シルバーマン) 教授らが参加する国際研究チームは、新たに開発した画像解析手法を用いてジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）で取得された高解像度の赤外線画像を解析しました。その結果、約125~128億年前の宇宙で、二つのリトル・レッド・ドット（LRD）候補が非常に近接して存在する LRD ペアの候補を4組発見しました (図1)。さらに、このうち2組について JWST の分光データを解析した結果、それぞれを構成する2つのLRDがほぼ同じ赤方偏移にあり、初期宇宙で実際に近接して存在する LRD ペアであることを確認しました。LRD は JWST により発見された新しい種類の天体で、ブラックホールが周囲の物質を活発に取り込み、急速に成長している天体であると考えられています。そのため、初期宇宙における超大質量ブラックホール (SMBH) の起源を解き明かすカギとなる天体として注目されています。
今後、開発した画像解析手法を用いて LRD の更なる探索を進め、LRD のうちどの程度が近接ペアを形成しているのかを統計的に測定することで、ブラックホール同士の合体が初期宇宙のブラックホール成長に果たした役割を定量的に検証できると期待されます。
成果は、日本天文学会の発行する Publications of the Astronomical Society of Japan (欧文研究報告) のオンライン版に2026年8月31日付で掲載されました。
2. 発表内容
＜研究の背景＞
現在の宇宙に存在するほぼすべての銀河の中心には、太陽の数百万倍から数十億倍もの質量を持つ「超大質量ブラックホール」が存在すると考えられています。これらは、重い恒星がその一生を終える際に形成される通常のブラックホールとは桁違いに大きな質量を持っています。しかし、このような巨大なブラックホールがどのように作られたのかは、現代天文学における大きな謎の一つです。
2022年に観測を開始したジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、初期宇宙において、非常に小さく、特徴的な赤い色を持つ新種の天体を多数発見しました。これらは、その見た目から「リトル・レッド・ドット（Little Red Dot、LRD）」と呼ばれており、ブラックホールが周囲の物質を活発に取り込み、急速に成長している天体であると考えられています（図2）。
ブラックホールを急速に成長させる仕組みの一つとして、ブラックホール同士の合体も考えられています。しかしこれまで、LRD 同士が互いに接近し、合体へ向かっている可能性のある現場は、ほとんど見つかっていませんでした。その理由の一つとして、従来の LRD 探索の方法があります。一般的な探索では、天体全体の色に加え、天体が一つの点源のように見えることが選択条件に含まれます。そのため、二つの LRD が非常に近接している場合、一つの複雑な形をした天体として扱われたり、通常の LRD ではないと判断されたりして、見落とされてしまう可能性がありました。
＜研究の内容＞
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）で研究を行う東京大学大学院理学系研究科天文学専攻博士課程の田中匠 (たなか たくみ) 大学院生らによる国際研究チームは、JWST による大規模観測プログラム「COSMOS-Web」で取得された高解像度の赤外線画像を解析しました。研究チームは、従来のように天体全体の明るさや色だけを用いるのではなく、画像を構成する一つ一つのピクセルについて色を調べる「ピクセルごとの色選択法」を新たに開発し、従来の選択条件を改良することで、近接しているために一つの複雑な天体のように見える LRD を探索しました。
その結果、研究チームは、約125~128億年前の宇宙で、二つの LRD 候補が非常に近接して存在する LRD ペアの候補を4組発見しました（図1）。二つの天体の間隔は数千~数万光年程度で、直径約10万光年の天の川銀河と比べても非常に小さなスケールです。
画像上で二つの LRD が近く見えていても、実際には地球からの距離が異なり、偶然同じ方向に並んでいるだけの可能性があります。そこで研究チームは、観測領域における LRD の個数や分布を基に、近接ペアが偶然生じる確率を計算しました。その結果、発見された4組すべてを偶然の重なりだけで説明することは難しく、LRD が数千光年程度の小さなスケールで強く集まりやすい可能性が示されました（図3）。
さらに、4組のうち2組は、JWST の大規模分光観測プログラム「COSMOS-3D」の観測範囲に含まれていました。研究チームが分光データを解析したところ、各 LRD ペアを構成する二つの LRD の赤方偏移がほぼ一致しており、単なる見かけ上の重なりではなく、実際に同じ時代に存在して近接する LRD のペアであることが分かりました（図4）。
今回発見された LRD ペアは、LRD を含む銀河同士が相互作用し、合体へ向かう途中の姿である可能性があります。銀河の相互作用は、中心部へ大量のガスを運び、ブラックホールへの物質供給を活発にする仕組みの一つと考えられています。この結果は、銀河同士の接近や合体が、初期宇宙におけるブラックホールの急速な成長と関係している可能性を示唆しています。
また、それぞれの LRD に成長中のブラックホールが存在していれば、ブラックホール同士も接近し、最終的に合体する可能性があります。このようなブラックホール合体は、将来の宇宙重力波望遠鏡が捉える重要な現象の一つになると期待されます。
＜今後の展望＞
今後、まだ分光観測されていない2組の LRD ペア候補についても分光観測を行い、それぞれの天体までの距離をより正確に決定するとともに、ブラックホールの質量、周囲のガスの運動などを調べる必要があります。また、今回の研究で用いたピクセルごとの色選択法を、より広い領域の JWST 観測に適用することで、これまで見落とされていた LRD ペアをさらに発見できる可能性があります。より大きなサンプルを構築し、LRD のうちどの程度が近接ペアを形成しているのかを統計的に測定することで、ブラックホール同士の合体が初期宇宙のブラックホール成長に果たした役割を定量的に検証できると期待されます。さらに、将来の宇宙重力波望遠鏡による観測と組み合わせることで、初期宇宙におけるブラックホールの形成から成長、そして合体へ至る一連の過程を明らかにする手がかりとなることが期待されます。
3. 発表雑誌
雑誌名：Publications of the Astronomical Society of Japan
論文タイトル：Hidden in Pixels. I. Discovery of dual “little red dots” indicates
excess clustering on kilo-parsec scales
著者：Takumi S. TANAKA (1,2,3), John D. SILVERMAN (1,2,3,4), Kazuhiro SHIMASAKU (2,5), Junya ARITA (2), Hollis B. AKINS (6), Feige WANG (7), Kohei INAYOSHI (8), Xuheng DING (9 ), Masafusa ONOUE (10,1,8), Zhaoxuan LIU (1,2,3), Caitlin M. CASEY (11,6,12), Erini LAMBRIDES (13), Vasily KOKOREV (6,14), Shuowen JIN (12,15), Andreas L. FAISST (16), Jianwei LYU (17), Jan-Torge SCHINDLER (18), Yunjing WU (1 ), Nicole DRAKOS (19), Yue SHEN (20,21), Junyao LI (20), Mingyang ZHUANG (20), Qinyue FEI (22,23), Kei ITO (12,15), Wei Leong TEE (17), Weizhe LIU (刘伟哲)(24), Wenke REN (25,26), Tomokazu KIYOTA (27,28), Zi-Jian LI (29,30), Suin MATSUI (2), Makoto ANDO (28,31), Shun HATANO (32), Michiko S. FUJII (2), Jeyhan S. KARTALTEPE (33), Anton M. KOEKEMOER (34), Daizhong LIU (35), Henry Joy MCCRACKEN (36), Jason RHODES (37), Brant E. ROBERTSON (38), Maximilien FRANCO (39,6), Koki KAKIICHI (12,40), Jinyi YANG (41), Romain A. MEYER (42), Irham T. ANDIKA (43,44), Aidan P. CLOONAN (45), Xiaohui FAN (24), Ghassem GOZALIASL (46,47), Santosh HARISH (48), Christopher C. HAYWARD (49), Marc HUERTAS-COMPANY (49,50,51,52,53), Darshan KAKKAD (34,54), Tomoya KINUGAWA (55,56,5), Mingyu LI (57), Namrata ROY (4), Marko SHUNTOV (12,40), Margherita TALIA (58,59), Sune TOFT (12,40), Aswin P. VIJAYAN (12,15), Yiyang ZHANG (9)
著者所属：
1 Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (WPI), The University of Tokyo Institutes for Advanced Study, The University of Tokyo, Kashiwa, Chiba 277-8583, Japan
2 Department of Astronomy, Graduate School of Science, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan
3 Center for Data-Driven Discovery, Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo, Kashiwa, Chiba 277-8583, Japan
4 Center for Astrophysical Sciences, Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University, Baltimore, MD 21218, USA
5 Research Center for the Early Universe, Graduate School of Science, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan
6 Department of Astronomy, The University of Texas at Austin, 2515 Speedway Boulevard Stop C1400, Austin, TX 78712, USA
7 Department of Astronomy, University of Michigan, 1085 S. University Avenue, Ann Arbor, MI 48109, USA
8 Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University, Beijing 100871, China
9 School of Physics and Technology, Wuhan University, Wuhan 430072, China
10 Waseda Institute for Advanced Study (WIAS), Waseda University, 1-21-1, Nishi-Waseda, Shinjuku, Tokyo 169-0051, Japan;
Center for Data Science, Waseda University, 1-6-1, Nishi-Waseda, Shinjuku, Tokyo 169-0051, Japan
11 Department of Physics, University of California, Santa Barbara, Santa Barbara, CA 93109, USA
12 Cosmic Dawn Center (DAWN), Denmark
13 NASA-Goddard Space Flight Center, Code 662, Greenbelt, MD, 20771, USA
14 Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, 9700 AV Groningen, The Netherlands
15 DTU Space, Technical University of Denmark, Elektrovej, Building 328, 2800, Kgs. Lyngby, Denmark
16 Caltech/IPAC, 1200 E. California Blvd. Pasadena, CA 91125, USA
17 Steward Observatory, University of Arizona, 933 N Cherry Avenue, Tucson, AZ 85721, USA
18 Hamburger Sternwarte, University of Hamburg, Gojenbergsweg 112, D-21029 Hamburg, Germany
19 Department of Physics and Astronomy, University of Hawaii, Hilo, 200 W Kawili St., Hilo, HI 96720, USA
20 Department of Astronomy, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA
21 National Center for Supercomputing Applications, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL 61801, USA
22 David A. Dunlap Department of Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, 50 St. George Street, Toronto, Ontario, M5S 3H4, Canada
23 Department of Astronomy, School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China
24 Steward Observatory, University of Arizona, 933 N. Cherry Ave., Tucson, AZ 85721, USA
25 CAS Key Laboratory for Research in Galaxies and Cosmology, Department of Astronomy, University of Science and Technology
of China, Hefei, Anhui 230026, People’s Republic of China
26 School of Astronomy and Space Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, People’s Republic of China
27 Department of Astronomical Science, The Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI, 2-21-1 Osawa, Mitaka, Tokyo, 181-8588, Japan
28 National Astronomical Observatory of Japan, 2-21-1 Osawa, Mitaka, Tokyo, 181-8588, Japan
29 Chinese Academy of Sciences South America Center for Astronomy (CASSACA), National Astronomical Observatories of China (NAOC), CAS, 20A Datun Road, Beijing 100012, China
30 School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
31 Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo, 5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba 277-8582, Japan
32 Department of Astronomical Science, SOKENDAI (The Graduate University for Advanced Studies), Osawa 2-21-1, Mitaka, Tokyo, 181-8588, Japan
33 Laboratory for Multiwavelength Astrophysics, School of Physics and Astronomy, Rochester Institute of Technology, 84 Lomb Memorial Drive, Rochester, NY 14623, USA
34 Space Telescope Science Institute, 3700 San Martin Drive, Baltimore, MD 21218, USA
35 Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences, 10 Yuanhua Road, Nanjing 210023, China
36 Institut d’Astrophysique de Paris, UMR 7095, CNRS, and Sorbonne Université, 98 bis boulevard Arago, 75014 Paris, France
37 Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, 4800 Oak Grove Drive, Pasadena, CA 91001, USA
38 Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz, 1156 High Street, Santa Cruz, CA 95064, USA
39 Université Paris-Saclay, Université Paris Cité, CEA, CNRS, AIM, 91191 Gif-sur-Yvette, France
40 Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Jagtvej 128, DK-2200 Copenhagen N, Denmark
41 Department of Astronomy, University of Michigan, 1085 S. University Ave., Ann Arbor, MI 48109, USA
42 Department of Astronomy, University of Geneva, Chemin Pegasi 51, 1290 Versoix, Switzerland
43 Technical University of Munich, TUM School of Natural Sciences, Department of Physics, James-Franck-Str. 1, 85748 Garching, Germany
44 Max-Planck-Institut für Astrophysik, Karl-Schwarzschild-Str. 1, 85748 Garching, Germany
45 Department of Astronomy, University of Massachusetts, 710 North Pleasant Street, Amherst, MA 01003, USA
46 Department of Computer Science, Aalto University, PO Box 15400, Espoo, FI-00 076, Finland
47 Department of Physics, Faculty of Science, University of Helsinki, 00014-Helsinki, Finland
48 Laboratory for Multiwavelength Astrophysics, School of Physics and Astronomy, Rochester Institute of Technology, 84 Lomb Memorial Drive, Rochester, NY14623, USA
49 Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, 162 Fifth Avenue, New York, NY 10010, USA
50 Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), La Laguna 38205, Spain
51 Observatoire de Paris, LERMA, PSL University, 61 avenue de l’Observatoire, 75014 Paris, France
52 Université Paris-Cité, 5 rue Thomas Mann, 75014 Paris, France
53 Universidad de La Laguna, Avda. Astrofísico Fco. Sanchez, La Laguna, Tenerife, Spain
54 Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Hatfield, AL10 9AB, UK
55 Faculty of Engineering, Shinshu University, 4-17-1, Wakasato, Nagano-shi, Nagano 380-8553, Japan
56 Research Center for Aerospace System, Shinshu University, 4-17-1, Wakasato, Nagano-shi, Nagano 380-8553, Japan
57 Department of Astronomy, Tsinghua University, Beijing 100084, China
58 University of Bologna, Department of Physics and Astronomy (DIFA), Via Gobetti 93/2, I-40129, Bologna, Italy
59 INAF – Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio, via Gobetti 93/3 - 40129, Bologna - Italy
DOI: 10.1093/pasj/psag092 (2026年8月31日掲載)
論文のアブストラクト (Publications of the Astronomical Society of Japan のページ)
プレプリント (arXiv.org)
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