天文学者は、宇宙の最初の 10 億年、文字通りの霧と比喩的な謎に満ちた時代について、少なくとも 2 つの悩ましい疑問を抱いています。彼らは何が霧を消し去ったのかを知りたがっています:星、超大質量ブラックホール、またはその両方?そして、巨大なブラック ホールはどのようにして短期間でこれほど大きくなったのでしょうか?
現在、この時期の半ばに超大質量ブラック ホールが発見されたことは、天文学者が両方の疑問を解決するのに役立っています。ハーバード大学の天文学科長である Avi Loeb 氏は、次のように述べています。
ブラック ホール、ジャーナル Nature で本日発表 、これまでに発見された中で最も遠いものです。ビッグバンから6億9000万年後までさかのぼります。この物体を分析した結果、蒸気の出る浴室の鏡にヘアドライヤーを当てるように宇宙の曇りを取り除くプロセスである再イオン化が、その時点で約半分完了していたことが明らかになりました。研究者はまた、ブラック ホールの重さは説明が難しいが、太陽の質量の 7 億 8000 万倍であることも示しています。
パサデナにあるカーネギー研究所の天文学者であるエドゥアルド・バニャドスが率いるチームは、超遠距離クエーサー (ガスを飲み込んだ超大質量ブラック ホールの目に見える痕跡) であると思われる適切な色の天体を古いデータから検索することで、新しいブラック ホールを発見しました。チームは、チリのラスカンパナス天文台で強力な望遠鏡を使って順番に各候補を観察しながら、候補の予備リストを調べました。 3 月 9 日、バニャドスは南の空にわずか 10 分間だけかすかな点を観測しました。生の未処理のデータを一目見ただけで、それがクエーサーであることが確認されました。 「その夜は、眠ることさえできませんでした」と彼は言いました。
さらに多くの観測を行った後に計算された新しいブラック ホールの質量は、既存の問題に追加されます。ブラックホールは、宇宙物質が落下すると成長します。しかし、この過程で光と熱が発生します。ある時点で、物質がブラック ホールに落下する際に放出される放射線は、非常に大きな運動量を実行するため、新しいガスが落下するのを妨げ、流れを乱します。この綱引きは、エディントン率と呼ばれるブラック ホールの成長に有効な速度制限を生み出します。このブラック ホールが星サイズの物体として始まり、理論的に可能な限り急速に成長した場合、時間内に推定質量に到達することはできませんでした。
他のクエーサーも、この種の早熟な重さを共有しています。 2011 年に報告された既知の 2 番目に遠いものは、7 億 7000 万年の宇宙時間の後、推定 20 億の太陽質量でスケールを傾けました。
これらの天体は若すぎて、それほど巨大ではありません。イェール大学の天体物理学者で、研究チームの一員ではなかった Priyamvada Natarajan は、次のように述べています。理論家たちは何年もかけて、コンピュータ モデルのブラック ホールを大きくする方法を学んできた、と彼女は言いました。最近の研究は、これらのブラック ホールがエディントン レートをはるかに超えるガスをむさぼり食う間、一時的な成長スパートを経た可能性があることを示唆しています。
Bañados らは別の可能性を探った。新しいブラック ホールの現在の質量から始めてテープを巻き戻し、ビッグバンに近づくまでエディントン速度で物質を吸い出すと、最初は 1,000 倍より重い物体として形成されたに違いないことがわかる。太陽の質量。このアプローチでは、初期の宇宙で崩壊した雲が、太陽質量の数千または数万の重さの生い茂った赤ちゃんブラック ホールを生み出しました。しかし、このシナリオでは、通常の場合のようにガス雲が多くの星に分裂するのではなく、単一の物体にすべて一緒に凝縮できる例外的な条件が必要です.
宇宙の暗黒時代
初期の宇宙でさえ、星やブラックホールが存在する前に、裸の陽子と電子の無秩序なスクランブルが集まって水素原子を作りました.これらの中性原子は、最初の星から来る明るい紫外光を吸収しました。数億年後、若い星やクエーサーは、これらの原子から電子を引き離すのに十分な光を放出し、夜明けの霧のように宇宙の霧を消散させました.
天文学者は、ビッグバンから約 10 億年後に再電離がほぼ完了したことを知っていました。その時、中性水素は微量しか残っていませんでした。しかし、新しく発見されたクエーサーの周りのガスは、約半分が中性で、半分が電離しており、これは、少なくとも宇宙のこの部分では、再電離が半分しか終わっていないことを示しています。テキサス大学の天体物理学者である Volker Bromm 氏は、次のように述べています。
再イオン化に動力を与えた光源が最初にスイッチを入れたとき、それらはスイスチーズのような不透明な宇宙を切り開いたに違いありません.しかし、これらの情報源が何であったか、いつ発生したか、プロセスがどの程度不均一または均一であったかについては、すべて議論されています.新しいクエーサーは、再電離が比較的遅く起こったことを示しています。そのシナリオは、初期の銀河とその星の知られている集団が、天文学者がそれをより早く達成するためにさらに初期のソースを探す必要なしにできたことと一致していると、研究の共著者であるハイデルベルクのマックスプランク天文学研究所のBram Venemansは述べた.
今後さらに多くのデータ ポイントが追加される可能性があります。中性水素自体からの放射を探す準備をしている電波天文学者にとって、この発見は、彼らが適切な時期に探していることを示しています。 「良いニュースは、中性水素が見られるということです」と Loeb 氏は述べています。 「それについては確信が持てませんでした。」
チームはまた、同じ時期にさかのぼるが、初期宇宙の異なる部分にあるより多くのクエーサーを特定することを望んでいます. Bañados は、空全体に非常に遠く離れた非常に明るい天体が 20 ～ 100 個あると考えています。現在の発見は、南の空での彼のチームの検索から来ています。来年は北天でも捜索を開始する予定です.
「うまくいくことを願いましょう」と Bromm 氏は語った。何年もの間、バトンは異なるクラスの天体の間で受け渡されてきたが、それらは初期の宇宙時代を最もよく垣間見ることができると思われ、最近の注目はしばしば遠く離れた銀河やつかの間のガンマ線バーストに向けられている. 「人々はクエーサーをほとんどあきらめていました」と彼は言いました。
