超大質量ブラック ホール システムに対するアーティストの印象。降り注ぐガスはブラックホールの近くに明るいコロナを形成します。一部のシステムでは、ジェット機が発射されます。クレジット:NASA/JPL-カリフォルニア工科大学 120億年前、私たちの太陽が塵の雲になるずっと前に、若い銀河が存在するはずのない光で燃え上がりました。その中心には、標準的な物理学を無視する成長スパートの真っ只中に捕らえられた超大質量ブラックホール、ID830 が存在します。非常に急速にガスを飲み込んでいるので、標準理論によれば、自身の放射能によって燃料の多くが押しのけられるはずだ。しかし、クエーサーは、既存のモデルにきちんと当てはまらない異常な明るさでもあります。
ID830 と呼ばれるこのオブジェクトは、赤方偏移 3.4351 にあります。つまり、この光は、宇宙が誕生してまだ約 19 億年しか経っていなかった時代、そして天文学者たちがブラック ホールがそれほど急速に成長するはずがないと考えていた時代のものであることを意味します。
早稲田大学と東北大学の研究者が率いるチームが、 この発見と分析を天体物理学ジャーナルに報告しています。 。
「速度制限」を破る
ID830 および以前に観測された天体 (紫と緑のシンボル) のブラック ホールの成長速度とブラック ホールの質量 (横軸) を追跡するクエーサーの光度 (縦軸)。実線はブラックホール降着速度の理論上の上限（エディントン限界）を示し、破線はこの限界の10倍のガスの降着を示しています。クレジット:国立天文台 ブラックホールはガスを引き込むことで成長します。ガスが内側に螺旋を描くにつれて加熱されて輝き、銀河全体を上回るほどの明るい円盤を形成します。しかし、この給餌熱狂には天井があるはずだ。降着ブラック ホールが十分に明るくなると、その光は入ってくるガスに外向きの圧力を及ぼし、エディントン限界として知られる理論上の上限を設定します。
ID830 はその上限を無視しているようです。研究チームは、すばる望遠鏡の MOIRCS 装置からのスペクトルを使用して、Mg II 輝線の幅からブラック ホールの質量を推定しました。これは太陽の質量の約 4 億 4,000 万倍です。
次に彼らはその質量とクエーサーが発するパワーの大きさを比較しました。 X 線測定から、見かけの成長率は理論上の限界のおよそ 13 倍であると推定されました。
一度に 2 つのルール
アーティストによる ULAS J1120+0641 の降着円盤のレンダリング。超大質量ブラック ホールを含む非常に遠いクエーサーです。クレジット:ウィキメディア・コモンズ 他にも驚きがあります。多くの理論は、ブラックホールが通常の限界をはるかに超えて栄養を供給すると、その内部領域が肥大化して乱流になると予測しています。その混乱により、ブラック ホールに最も近い領域からの X 線が消失するはずであり、強力なジェットが支配するはずはありません。
ID830 はその期待を裏切ります。
クエーサーは、科学者が通常このような極端な速度で成長するブラックホールから観察するよりもはるかに明るい、非常に強いX線を放出しています。同時に、電波観測により、コンパクトで強力な発生源が明らかになり、相対論的な速度で外側に向かって爆発している可能性が高い活発なジェットの明らかな兆候が示されています。
研究者らは、より単純な説明を検討しました。一部のクエーサーでは、X 線光の一部が、ブラック ホール近くの高温領域からだけでなく、ジェット自体からもたらされることがあります。この効果により、X 線ではシステムが実際よりも明るく見えることがあります。それでも、研究チームは、ID830 がこれほど急速に成長していると考えられている他のブラックホールと比較して、X 線で異常に明るいままであることを発見しました。
科学者らは、ID830 が短い過渡期を迎えていることを示唆しています。突然のガスの流入により、ブラックホールが短期間の成長スパートに突入する一方、X線生成領域とジェットはシステムが落ち着く前に活動を続けた可能性があります。この写真が正しければ、ID830 は変化の途中にある若いブラックホールの珍しいスナップショットを提供することになります。
「この発見は、宇宙初期に超大質量ブラックホールがどのようにして急速に形成されたのかの理解に近づくかもしれない」と研究の筆頭著者である早稲田大学の小渕咲子氏は述べた。 「私たちは、異常に強い X 線と電波の放射の原因と、同様の物体が調査データの中に隠れていないかどうかを調査したいと考えています。」
