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観測史上「最遠」のブラックホール

Posted by moonrainbow on 14.2023 ブラック・ホール   0 comments   0 trackback
観測史上「最遠」のブラックホール、宇宙の虫眼鏡で発見 NASA

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X線で検出された、観測史上最も遠方にあるブラックホールを捉えた合成画像。NASAチャンドラ衛星のX線画像(紫色)とジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の赤外線画像を合成して作成(X-ray: NASA/CXC/SAO/Ákos Bogdán; Infrared: NASA/ESA/CSA/STScI; Image Processing: NASA/CXC/SAO/L. Frattare & K. Arcand)

太陽系から最も遠方にあるブラックホールの1つを、天文学者チームが米航空宇宙局(NASA)の宇宙望遠鏡2基を用いて発見した。銀河が視線上に並ぶことで虫眼鏡のように作用する、稀な現象を利用することで得られた観測成果だ

ビッグバン(138億年前に宇宙を誕生させたと考えられている現象)からわずか4億7000万年後には存在していたこの天体は、これまでにX線で検出された最も遠くにあるブラックホールだ。

発見に用いられた宇宙望遠鏡は、赤外線で宇宙を観測するジェイムズ・ウェッブ望遠鏡(JWST)と、X線で見るチャンドラ観測衛星。どちらの波長の電磁波も、人間の目には見えない


■著しく遠い

科学誌Nature Astronomyに11月6日付で掲載された、今回の研究をまとめた論文の筆頭執筆者で、米ハーバード・スミソニアン天体物理学センター(CfA)のアーコシュ・ボグダンは「この著しく遠い銀河を見つけるためにウェッブが、その銀河にある超大質量ブラックホールを見つけるためにチャンドラが、それぞれ必要だった」と説明する。「さらには、地球で検出される光の量を増やす宇宙の拡大鏡も利用した」

銀河「UHZ1」の中で発見されたこのブラックホールは、これまでに見つかっているどのブラックホールよりも発達の早い段階にある。UHZ1は、太陽系から約35億光年の距離にある銀河団Abell 2744、別名「パンドラ銀河団」の中にある。Abell 2744は3つの銀河団からなる巨大な銀河団で、5万個という驚くべき数の天体が存在する。

だが、ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡の観測で、UHZ1がこの銀河団の背後の、太陽系から132億光年という途方もなく遠方にあることが明らかになった。これは、現在の宇宙年齢のわずか3%しか経っていない時期に相当する


宇宙の最初期の「超大質量ブラックホール」か?

■アインシュタインリング

ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡が今回の発見を成し遂げられたのは、重力レンズのおかげだ。重力レンズは、前方にある天体の重力場が非常に強いために、その周囲の空間がゆがみ、背後にある天体からの光が曲げられ、リング状の像ができる現象。背後の天体の存在を知ることができるとともに、その拡大された像が得られる。著名な物理学者アルバート・アインシュタインがこの現象を予言したことから「アインシュタインリング」としても知られている。

重力レンズは、途方もなく遠くにある天体の存在を推察し、その質量を測定するための最善の手段だ。今回の場合、ブラックホールの質量は、それを含む銀河(母銀河)の質量とほぼ同じで、太陽質量の1000万倍~1億倍となっている。これは予想をはるかに上回る質量だ


■確かな兆

ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡がUHZ1の位置を特定するとすぐに、チャンドラが数週間かけて、銀河から発せられるX線を観測した。銀河団Abell 2744は重力レンズとして作用し、背景の銀河を4倍に拡大した。

今回の観測結果は、宇宙初期のブラックホールがどのようにして、これほど急速に成長したように思われるのかを科学者らが解明する助けになるかもしれない。このブラックホールが特に生まれながらに大きかったことを、論文は示唆している。

論文の共同執筆者で、米プリンストン大学のアンディー・ゴールディングは「ブラックホールが形成後に、どれだけ短時間で成長できるかには物理的な限界がある。だが生まれながらに、より質量が大きいブラックホールは、他より一歩先んじることができる」と指摘している。「これは苗木を植えるのに似ている。普通の大きさの木にまで成長するのにかかる時間は、種から育て始めた場合よりも短くなる


2023年11月9日
Forbes JAPANより

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