2008 年、Marta Volonteri は急進的な提案の作成を支援しました。天文学者は、巨大なブラック ホール (太陽質量の何千倍もの重さを持つ巨大な巨獣) を見つけるために、最小の銀河を探索する必要があります。彼らがそれらを見つけることができれば、その物体は宇宙の最初のブラックホールがどのように形成されたかを私たちに教えてくれるだろうと彼女は推論した.
唯一の問題は、小さな銀河に大きなブラックホールが存在するはずがないということでした。ちっぽけな「矮星」銀河は、十分な質量を 1 つのブラック ホールに詰め込むのに必要な重力筋を欠いているように見えました。多くの研究者にとって、ヴォロンテリと彼女の共同研究者は、浴槽の中でブロントサウルスを発見することと天体物理学上の同等性を示唆しているかのように聞こえました.
「矮小銀河のブラック ホールは考えられませんでした」と、現在パリの CNRS 天体物理学研究所にいる Volonteri 氏は述べています。
その後、天文学者は獣を見つけ始めました。近年、強力な望遠鏡と革新的な観測戦略により、研究者は矮小銀河をより詳しく調べることができるようになりました。そのとき、ブラックホールが出現します。今回の発見は、宇宙に生息するブラック ホールの種類について天体物理学者がほとんど知らないことと、それらすべてがどこから来たのかを説明する際に理論家が直面する課題を浮き彫りにしています。ますます正確な集計は、宇宙の最も初期で最大のブラック ホールを最終的に説明するのに役立つ可能性があります。
ダートマス大学の天文学者で、最近自分で発見に協力したライアン・ヒコックスは、「人々はそれらをさらに見つけ続けています」と語った。 「これらの銀河には、従来の技術を使用して見つけられるよりもはるかに多くのものが存在する可能性があります。」
マップ外
矮小銀河は、比較的未知の天文学的領域です。天の川銀河よりも 10 倍から 100 倍も軽く、理論化に適したきちんとした丸い形に自分自身を引っ張る重力モキシーがありません。また、斑点があり、薄暗く、詳細に調べるのは一般的に困難です。 「彼らは完全に混乱しています」とヴォロンテリは言いました。
しかし、星々の小さなもつれには、大きな銀河が忘れてしまった秘密が潜んでいます。研究者たちは、天の川のような銀河は、100 億年以上にわたるマッシュアップのパッチワークの産物であると考えています。このマッシュアップでは、銀河は隣接する銀河に繰り返し衝突し、そのたびに大きくなります。矮小銀河は、他の銀河との遭遇をかわしたか、比較的最近形成され、まだ衝突する機会があまりないため、小さいままです。 「彼らは宇宙でより静かな場所です」と、研究でヴォロンテリと協力したイェール大学の天体物理学者であるプリヤンバダ ナタラジャン (現在、この雑誌の諮問委員会のメンバーである) は述べています。
このように、矮小銀河は初期の銀河に似ています。銀河が誕生したばかりの宇宙の最初の 10 億年にさかのぼると、最初の星と最初のブラック ホールが形成されました。これらの銀河の多くは時間の経過とともに衝突し、それらのブラック ホールは融合しました。融合と物質の飲み込みの混合により、最初の「シード」ブラック ホールは、今日のすべての大きな銀河の中心に位置するように見える数十億の太陽質量を誇るモンスターに成長しました。
しかし、矮小銀河は多くの合体を経験しておらず、ブラックホールを養う物質が少ない傾向があります.これらの独特の条件は、ブラックホールを比較的未発達の種のような状態で凍結させる可能性が高いと、Volonteri と Natarajan は推論した.矮小銀河に大きなブラックホールがあったとしたら.
天文学者は通常、大きな銀河の中心にあるブラック ホールが活発にエネルギーを供給していることを、それらが放出する目がくらむほど明るいジェットによって見つけ、周囲の星をかき消します。しかし、ヴォロンテリとナタラジャンの提案の時点では、研究者は矮小銀河でそのような摂食狂乱の明確な兆候を見ていませんでした.多くの天文学者が天体の存在に疑問を呈しました.
その後、2013 年に、研究者は母鉱脈を発見しました。
現在モンタナ州立大学の天体物理学者である Amy Reines は、Sloan Digital Sky Survey からのデータの分析を主導し、ブラック ホールの饗宴に典型的な可視光のエネルギー パターンを探しました。彼女のアルゴリズムが精査した25,000ほどの矮小銀河のうち、151は、数十万の太陽質量の成長するブラックホールをホストする兆候を示しました。それらは未確認の候補でしたが、その数には疑いの余地がほとんどありませんでした.矮小銀河は大規模なブラックホールを形成する可能性があります.
突然、ヴォロンテリの提案はそれほど急進的ではなくなったように見えました。 「私は『ありがとう、エイミー。あなたは私が合理的な人だと感じさせてくれます」と彼女は思い出しました.
斬新な輝き
現在、天文学者は、これらの隠れた巨人をさらに見つけるための新しい方法を考え出しました.
モンタナ州立大学で Reines と共同研究を行っている天文学者である Mallory Molina は、純粋な運によって新しい技術にたどり着きました。ラジオ調査からライネスの候補者の 1 人を確認しようとしているときに、モリーナは特定のオレンジ色の光に気づきました。この放射線は、鉄原子が非常に打ちのめされて 9 個の電子を失ったこと、いわゆる「Fe X」(または「鉄 10」) 線の明らかな兆候でした。研究者は別の候補者をチェックし、同じ特徴を見つけました。どちらの天体もブラック ホールを食べているような伝統的な外観を持っていませんでしたが、他に何が鉄原子にこれほどの暴力を及ぼしているのか想像するのは困難でした。
Molina は、Sloan Digital Sky Survey によって観測された約 46,000 の矮小銀河を検索するコードを書き、81 の銀河が損傷した鉄のかすかなオレンジ色で輝いていることを発見しました。 Molina とその同僚は、これらの矮小銀河では、巨大なブラック ホールが周囲のガスを十分に加熱して、原子から電子を吹き飛ばしていると主張している。彼らはその発見をThe Astrophysical Journalに発表しました
これらのブラック ホールは、これまでの調査の範囲を超えた銀河を占めており、これまでの調査では、ベビースターのまばゆいばかりの輝きに対して活動的なブラック ホールのかすかな光を見つけ出すのに苦労していました。 （モリーナは、スポットライトが目を照らしている間に懐中電灯を探す努力を例えています。）Fe X 線の独特な色は、背景に対して大きなブラック ホールを浮かび上がらせます。ブラックホール。
「ブラック ホールを見つける新しい方法があることを知り、とてもうれしく思います」と、この研究には関与していない Volonteri 氏は述べています。 「彼らはとてもかすんでいます。だから絶望的だったのです。」
宇宙望遠鏡は、隠れたブラック ホールを明らかにするのにも役立ちました。昨年、Hickox と彼の生徒である Jack Parker は、Reines の 2013 年の調査から、比較的近くにある 8 つのエッジ ケースを再調査しました。彼らは、NASA の宇宙ベースのチャンドラ X 線天文台を各矮小銀河に約 4 時間向けました。 8つの銀河のうちの1つには、低エネルギーX線よりも高エネルギーX線で明るく輝く斑点が中心にあり、放射線がガスの密集した雲を突き抜けていたことを示唆しています。より遠くの銀河のブラックホールを完全に覆い隠しています。彼らは、1 月のアメリカ天文学会会議でその結果を説明し、出版の準備をしています。
この結果は、多くの矮小銀河に大規模なブラック ホールがある可能性を高めていますが、それらを所有している部分については依然として熱く議論されています。 2008 年には、天文学者は分数がゼロに近いと言っていたでしょう。真の数は、活発にエネルギーを供給している (したがって輝いている) ブラック ホールの割合と、ガスと塵に覆われた明るいブラック ホールの割合によって異なります。これらのパーセンテージが超大質量の兄弟で観測されたパーセンテージと類似している場合 (これは現在大きな if です)、矮小銀河の大部分に大質量ブラック ホールが存在する可能性があります。
「それらがそれほど一般的ではないというその議論は崩壊し始めているかもしれません」とヒコックスは言いました.
最初のブラック ホール
ヴォロンテリが 2008 年に矮小銀河のブラック ホールがどれほどありふれたものであるかを天文学者に解明するように最初に促したとき、その答えが一見不可能な発見に対する 2 つの説明を区別するのに役立つ可能性があるため、彼女はそうしました。
数年前、スローン デジタル スカイ サーベイは、宇宙の最初の 10 億年にさかのぼる 10 億太陽質量のブラック ホールを観測していました。天文学者は、なぜこんなにも早く重くなったのか理解できませんでした。それは、まだくすぶっている火山島でそびえ立つセコイアの林に出くわしたようなものでした。信じられないほど急速に成長したか、すでに部分的に成長していたかのどちらかです。
この発見は、両方の可能性を探る研究を刺激しました。一部の天体物理学者は、小さな種のブラック ホール (最初の星の死体) が持続的な成長のスパートを経験することを可能にするガス過剰環境の理論を開発しました。他の人は、特別な状況がガスの巨大なボールを誘導してスターの座を飛ばし、直接崩壊して大きな種になり、すでに何千もの恒星質量の重さのブラックホールとして生命を始めることができる方法を詳述しました.
矮小銀河のブラックホールは非常にまれにしか見えず、成長を加速させるには特別なイベントが必要だという考えが支持されたため、ビッグシード理論が人気を博しました。現在、一部の天文学者は、新しいブラック ホールの相次ぐことで、小さな種の概念が部分的に復活するのではないかと考えています。
「これは、最初の世代のブラック ホールがどのように形成されたかについて、直接的な崩壊がすべてではない可能性があることを暗示しているようなものです」と Molina 氏は述べています。
しかし、最近の研究は議論を複雑にしました。ナタラジャンは、宇宙がその歴史を通じて大小の種を作ることができることを発見しました.それにもかかわらず、彼女は、形成理論が説明する必要がある見過ごされているブラックホールのグループを明らかにするために、新しい観測を「非常に役立つ」と呼びました.
「ブラックホールの人口調査は不完全です」と彼女は言いました。 「X 線のデータは、不明瞭な個体群を明らかにするのに非常に役立ちます。」
パズルの次の大きなピースは、12 月に打ち上げられたジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡からもたらされます。この装置の鋭い視力は、過去のさらに深いところからブラック ホールの輝きを見つけ出し、最初のブラック ホールの種が形成された直後の初期の宇宙で何が起こったのかを天文学者により直接的に見ることができるようになるはずです。
2003 年、ヴォロンテリがブラック ホール形成の理論に関する博士号を取得していたとき、彼女のアドバイザーは彼女に、「まもなく JWST が飛行し、あなたの理論が正しいか間違っているかを証明できます」と言った、とヴォロンテリは思い出す。 「それ以来、私は非常に希望を持っています。」
