【研究のポイント】
・ビッグバンから10億年未満の「宇宙の夜明け」の時代に、巨大ブラックホールのペアが発見されました。
・２つのブラックホールは明るい光を放つ「クェーサー」と呼ばれる種族で、双子のように似た質量を持ちます。
・２つのブラックホールには、互いに衝突しようとしている痕跡も見つかりました。
・これまでに発見されたクェーサーペアの最遠記録を更新するものです。
・衝突と合体を繰り返しながら成長すると考えられる銀河やブラックホールの進化を紐解く上で、重要な成果です。

【研究の概要】
宇宙進化研究センターの松岡良樹准教授の研究グループは、地球から129億光年彼方の「宇宙の夜明け」の時代で、双子の巨大なブラックホールを発見することに成功しました。２つのブラックホールは明るく輝く「クェーサー」と呼ばれる種類で、互いに衝突しようとしている痕跡も見られます。このようなペアとしてクェーサーが見つかることは珍しく、今回の発見はこれまでの最遠記録を更新するものです。宇宙の中で、銀河やブラックホールは衝突と合体を繰り返しながら成長してきたと考えられていますが、この研究は宇宙のごく早い時代において、そのような衝突が実際に起こっていたことを証明するものです。
本研究の成果は、アストロフィジカル・ジャーナル・レターに掲載されました。

宇宙で最初の星や銀河が輝きだした頃、それらの星々などからの紫外光が宇宙に広がり、 宇宙空間のプラズマ化が進行しました。天体の存在しない暗黒時代に終わりを告げる「宇宙の夜明け」で、現在の宇宙で見られる銀河や銀河団の大規模構造の形成につながる重要な時期です。その時代に、銀河とその中心にある巨大ブラックホールはどのように進化したのか?天文学におけるこの大きな謎を解き明かすため、松岡准教授らの研究チームは10年以上にわたって、超遠方宇宙でのクェーサー探しを行ってきました。クェーサーとは、 銀河の中心にある巨大ブラックホールが周囲の物質を飲み込む過程で明るく輝いている天体です。すばる望遠鏡の超広視野カメラによる大規模な撮像探査を用いて、これまでに約200個の超遠方クェーサーが発見されましたが、競合する研究チームの発見を含めても、これまでにペアになっているものは見つかっていませんでした。
しかし、松岡准教授らがすばる望遠鏡の画像を目視で見直していたとき、思いもよらない発見がありました。クェーサー候補の画像の中に、とても赤く、似通っている2つの天体が隣り合っているのに気付いたのです。これは全くの偶然による発見でした。
このペアが本当にクェーサーかどうかを確認するため、松岡准教授らはハワイ・マウナケア山頂のすばる望遠鏡とジェミニ北望遠鏡で追観測を行いました。 その結果、2つの天体が129億光年先にあるクェーサーであること、またそれらの本体である2つの巨大ブラックホールがほとんど同じ質量をもつ「双子」であることが判明しました。2つのクェーサーをつなぐ物質の構造も検出されたことにより、両者の合体が起こっていると松岡准教授らは推測しています。
宇宙の夜明けに合体中のクェーサーが存在することは長い間予想されながら、これまで見つかってきませんでした。それが今回初めて確認され、またアルマ望遠鏡による電波での追観測から、周囲の物質が非常に興味深い構造をしていることも明らかになっています。衝突と合体を繰り返しながら成長する銀河の中で、巨大ブラックホールがどのように進化するのかを知るための重要な成果となりました。

参考 URL1: https://noirlab.edu/public/news/noirlab2415/

論文情報

Discovery of Merging Twin Quasars at z = 6.05, Yoshiki Matsuoka, Takuma Izumi, Masafusa Onoue, et al., The Astrophysical Journal Letters, 965, id.L4, doi: 10.3847/2041-8213/ad35c7, 2024 (April 5)

助成金等

• JSPS科研費 21H04494

図表等

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  発見された双子の巨大ブラックホール

  すばる望遠鏡で撮影された、双子の巨大ブラックホール HSC J121503.42−014858.7（C1）とHSC J121503.55−014859.3（C2）。

  credit : NOIRLab/NSF/AURA/T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), D. de Martin (NSF NOIRLab) & M. Zamani (NSF NOIRLab)
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  宇宙の夜明けに合体する双子の巨大ブラックホールの想像図

  credit : NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick
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