ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が同一銀河内の3つの超大質量ブラックホールを初検出
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、同じ銀河内に存在する3つの活動的な超大質量ブラックホールを検出した。単一の銀河から3つの超大質量ブラックホールが見つかったのは初めてのことだ。この発見は天文学と天体物理学の学術誌『Astronomy and Astrophysics』に「BlackTHUNDER: Evidence of three massive black holes in a z ∼ 5 galaxy」として発表された。
対象は銀河J0148-4214で、地球から124億5000万光年以上離れた位置にある。JWSTがこの銀河を観測した時点は、ビッグバンから約12億年後の時代だ。発見を主導したマックス・プランク地球外物理学研究所（MPE）のハンナ・ユーブラー氏率いるチームは、「BlackTHUNDER」と呼ばれるJWSTの観測プログラムを活用した。このプログラムは「早期宇宙におけるブラックホールと密集した周辺環境」を対象としている。JWSTに搭載されたNIRSpec統合視野分光器を使用することで、3つの活動的に物質を吸収中のブラックホールが検出された。これらのブラックホールの質量は8000万太陽質量、60万太陽質量、200万太陽質量だ。
3つのブラックホールの空間配置と特性
最初の2つのブラックホールは銀河の中心付近に位置し、互いに620光年しか離れていない。一方、3番目のブラックホールは銀河の外側領域にあり、中心から約5500光年離れている。銀河J0148-4214の総恒星質量は約13億太陽質量と推定され、これら3つのブラックホールはその質量のうち有意な割合を占める。
JWSTの観測データにより、研究チームは各ブラックホールの質量、降着率、銀河の恒星質量を推定することが可能になった。MPEの研究員ジョバンニ・マッツォラーリ氏は「JWSTのデータにより、3つのブラックホールを識別しそれらの物理的特性を見積もることができた」と述べている。
分光観測が示す3つの活動的ブラックホール
研究チームが3つのブラックホールを特定した方法は、3つの広い線領域（BLR）を検出することだった。これらの領域では水素が高速で移動しており、ドップラー効果により水素アルファ輝線が拡がる。ただし、超新星や衝撃波など他の現象でも同様の現象は起こり得る。
決定的な証拠となったのは、OIII（二重電離酸素）輝線が狭いという観測結果だ。広い水素アルファ輝線と狭いOIII輝線の組み合わせは活動銀河核（AGN）の指紋となり、超新星や星形成領域といった他の可能性を排除できる。著者らは「ブラックホールは広いHα輝線（FWHM = 430–2920 km/s）と、明るい[OIII]二重線における禁止線対応がない特徴として示されている」と記している。中心部の非対称なHαプロファイルのチャネルマップは、190±40パーセク離れた2つの空間的に異なる広い線領域を分離し、3番目の広い線領域は銀河の外側に投影分離1.7キロパーセクの位置にあった。
宇宙初期のブラックホール成長と合体
超大質量ブラックホールの成長には2つの経路がある。物質の降着と、他のブラックホールとの合体だ。宇宙の長い時間スケールでは降着が主要な成長ドライバーだが、特定のブラックホール質量範囲と宇宙史の特定の時期では、合体がより大きな役割を果たす。
J0148-4214での観察は、両方の成長メカニズムが同時に活動していることを示している。広い線領域の検出は活発な降着が進行中であることを示す一方で、近い2つのブラックホール対はまもなく合体すると予想される。3番目の離れたブラックホールも徐々に中心に接近しており、やがて合体に至るとみられる。ユーブラー氏は「早期宇宙のプロセスが大質量ブラックホール同士を効率的に接近させることができたことが分かり、これは将来の重力波観測装置で検出することが期待される大規模なブラックホール合体の舞台を整えている」と指摘している。
出典: Universe Today
