初期宇宙で最速級に成長する超巨大ブラックホールを発見

すばる望遠鏡を用いた観測によって、約120億年前の初期宇宙で、これまで知られていたものよりもずっと急速に成長する超巨大ブラックホールが見つかりました。この天体は、非常に多くのガスを飲み込みながら成長しているにもかかわらず、X線でも電波でも明るく輝く特異なものでした。これまで同時には起こらないと考えられてきた現象が重なって確認されたことで、超巨大ブラックホールの成長のしくみに新たな視点をもたらす成果です。

多くの銀河の中心には、太陽の数百万倍から数百億倍もの質量を持つ超巨大ブラックホールが存在します。ブラックホールは周囲の物質を吸い込んで成長し、その過程で強い光を放ちます。ブラックホールの周りには、ガスが円盤状に回り込む構造（降着円盤）や、より内側の高温ガス領域、さらに一部の物質が高速で噴き出す「ジェット」が形成されます。そのため、可視光や紫外線、X線、電波など、さまざまな種類の光で観測されます。特に明るいものは「クエーサー」と呼ばれますが、こうした天体がどのように成長し、その母銀河の成長とどのように関連しているのかは、いまだ大きな謎です。

早稲田大学や東北大学の研究者を中心とした研究チームは、すばる望遠鏡を用いて初期宇宙のクエーサー周囲のガスの運動を調べ、今から約120億年前の超巨大ブラックホールの質量を高い精度で測定しました。質量とX線での明るさから推定されるこのブラックホールの成長率はとても高く、これまでに観測された同程度の質量を持つ超巨大ブラックホールの中では最も急速に成長していることが分かりました。

特筆すべきは、このクエーサーがX線でも電波でも明るく輝いていることです。急速に成長するブラックホールでは、高温ガス領域が効率的に冷やされるためX線が弱くなり、電波で観測されるジェットも目立たなくなるとこれまでは考えられていました。しかしこの天体はX線と電波の双方で明るいことから、従来は想定されていなかった特異なメカニズムが隠されている可能性があります。研究チームは、極めて明るいX線が観測された理由として、超巨大ブラックホールの成長の勢いが変化している可能性を提唱しています。初期宇宙で超巨大ブラックホールの成長が変動を伴いながら進行する過程を初めて捉えたことになります。また、電波での明るさは、このクエーサーが、母銀河での星生成を抑制しうるほどの極めて激しいジェットを放出していることを示しています。今回の発見は、初期宇宙において母銀河と中心の超巨大ブラックホールがどのように影響し合いながら成長するのかを理解する上で、重要な手掛かりになるでしょう。

研究チームを代表する、早稲田大学大学院で学ぶ小渕紗希子（おぶち・さきこ）さんは、「今回の発見は、これまで困難とされていた初期宇宙における超巨大ブラックホールの形成過程を解明することにつながるかもしれません。今後、このクエーサーにおけるX線や電波の放射機構を探るとともに、まだ見つかっていない類似天体が存在しているのかどうかについても明らかにしていきたいです」と展望を語っています。