日本のスーパーコンピュータ『ATERUI III』がジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の『小さな赤い点』の謎を解明

早期宇宙で形成されたブラックホールの急速な成長メカニズムが、日本のスーパーコンピュータATERUI IIIのシミュレーションによって解き明かされた。ウェッブ宇宙望遠鏡が発見した謎の赤い天体群「Little Red Dots（LRD）」の正体は、初期宇宙特有の物理条件下で自然に生み出される高速成長ブラックホールだったのである。

この謎解きの背景には、宇宙論上の根深い矛盾があった。観測によれば、ビッグバンからわずか6億年以内に太陽の数十億倍の質量を持つ超大質量ブラックホールが既に存在していた。しかし理論上、ブラックホールがそこまで大きく成長するには、はるかに長い時間が必要とされてきた。この時間的な矛盾こそが、宇宙初期ブラックホール形成に関する最大級の謎だった。ウェッブ宇宙望遠鏡は、光が有限の速度で移動することを利用して遠い銀河を観測し過去を見ることで、この謎の解明が期待されていた。例えば110億光年先の銀河からの光は110億年の時間をかけて到達するため、その銀河の110億年前の姿を観測できるのだ。ところが観測の結果は期待とは異なり、小さな赤い謎の天体が大量に発見され、むしろ新たな謎をもたらすことになったのである。

ATERUI IIIのシミュレーションが提供したのは、この謎に対する自然で説得力のある説明だった。研究チームは、早期宇宙の銀河周辺条件から計算を開始し、段階的にズームインして個々のガス雲の詳細な挙動を追跡した。シミュレーション結果が示したのは、近隣銀河からの強い遠紫外線放射がガス雲での星形成を強く抑制し、複数の小さな星が形成される代わりに単一の超大質量星が生まれるプロセスだった。この超大質量星は重力による自己崩壊によってブラックホール種子となり、その周囲に密なガス円盤が形成される。この密集した環境では放射が効果的に閉じ込められるため、ブラックホールは現代宇宙では考えられない速度で成長を遂行できる。シミュレーション上の成長速度は現在のそれの数十倍に達し、この急速成長するブラックホール群の観測的性質が、ウェッブ宇宙望遠鏡で観測されたLRDの性質と良好に一致したのである。

この成果の意義は、単なる謎の解明にとどまらない。シミュレーション結果が特殊な仮定や幸運な偶然なしに、早期宇宙の通常の物理条件から自然に導き出されたという点が極めて重要だ。これは、LRDのような天体が初期宇宙に普遍的に存在することが期待できることを意味している。今後、ウェッブ宇宙望遠鏡がさらに多くのLRDを発見し、次世代の宇宙望遠鏡がより遠い過去を探査する際、このモデルが理論的な羅針盤として機能するものと考えられる。

こうした基礎研究の展開は、日本の製造業にも少なからぬ波及効果をもたらす可能性を有している。本研究がATERUI IIIという日本国内のスーパーコンピュータで実現されたことは、計算機領域において日本の技術基盤がグローバルな最先端研究を支える実力を保有していることの証である。さらに、精密な宇宙観測機器の開発・改善に必要とされる光学部品、冷却システム、制御電子機器といった多くの産業分野が、今後こうした基礎研究から得られる技術知見の恩恵を受ける可能性を秘めている。基礎研究への継続的な投資と、そこから生まれた技術が産業へ還元される好循環が形成されれば、日本の宇宙産業全体の国際競争力強化につながるであろう。

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