輝くブラックホールのペア、世界初発見 千葉大などが成果 銀河の成長過程を捉えた貴重な例

[松浦立樹，ITmedia]

　千葉大学などが参加する国際共同研究チームは4月6日、光り輝くブラックホールのペアを遠方宇宙で発見したと発表した。ブラックホールの周りにある2つの銀河が合体する様子や巨大な質量を持つブラックホールが成長する模様を捉えた、世界初の成果という。

銀河合体に付随した「二重クエーサー」の想像図（c）NASA/ESA/Joseph Olmsted

　銀河の中心にはブラックホールの中でも特に質量が大きい「超大質量ブラックホール」が存在する。超大質量ブラックホールの質量は周りの銀河の性質と強い相関を持ち、それぞれ影響を与えながら成長すると予測できるが、その詳細はいまだに明らかになっていないという。最も有力なのは、銀河やブラックホールがお互いに合体を繰り返し、巨大銀河や超大質量ブラックホールに成長するという仮説だ。

　これが正しい場合、合体中の銀河の周りには超大質量ブラックホールのペアが多数存在すると考えられる。そのブラックホールは、引力により集まったガスの影響で明るく輝く天体「クエーサー」として観測される。つまり、遠方宇宙で光るブラックホールのペアである「二重クエーサー」を観測できれば、銀河やブラックホールの成長過程を直接捉えた例となる。しかし、これまで発見には至っていなかった。

約108億光年先に二重クエーサーを発見　質量は太陽の約10億倍

　今回研究チームは、ふたご座の方向、約108億光年先の遠方宇宙で二重クエーサーを発見した。「ハッブル宇宙望遠鏡」や「ケック望遠鏡」「ジェミニ望遠鏡」「超大型干渉電波望遠鏡群」などの複数の望遠鏡や、人工衛星「チャンドラ」のデータを解析し、合体する銀河に付随した真の二重クエーサーであると確認できたという。

ハッブル宇宙望遠鏡が撮影した二重クエーサーの画像（c）NASA/ESA/Yu-Ching Chen et al.

　2つのクエーサー間の距離は約1万光年。元になったブラックホールの質量はそれぞれ太陽の約10億倍だという。また、お互いの重力によって天体の形状を変形させようとする重力相互作用「潮汐相互作用」の兆候も確認。これだけ距離が近く、銀河同士がお互いに影響を及ぼしている二重クエーサーは、遠方宇宙で初の発見例となる。

　銀河同士の合体を繰り返すことで巨大銀河は形成され、クエーサーの活動も銀河の合体によって誘起されると考えられるが、今回発見した天体はこの理論予想と整合する。今後この銀河は合体後、それぞれの超大質量ブラックホールは星との重力的相互作用で中心に沈み、約2億年後にブラックホール連星を形成すると考えられる。

　米NASAは2021年12月に「ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡」を打ち上げたが、これにより今後さらに効率良く二重クエーサー候補の追観測が可能になるという。また、2020年代半ばに打ち上げを予定している「ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡」によって、さらに二重クエーサーの研究が進展すると期待されている。

　この研究成果は英学術誌「Nature」に4月6日付で掲載された。