Four 'Little Red Dot' pairs hint at black hole mergers in early universe

東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構の研究チームが、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のデータから初期宇宙に存在していた複数の巨大ブラックホールペアを初めて特定した。赤外線画像の新しい分析手法により、約12億5千万〜12億8千万年前の宇宙ではブラックホール同士の合体が活発に起こっていた可能性が示唆されている。

これらのブラックホールは「リトルレッドドット」と呼ばれる小さくて赤い天体として観測される。LRDは周囲の物質を急速に集めて成長している活動的なブラックホールの候補と考えられており、JWSTの運用開始以来、遠い宇宙で次々と発見されてきた。しかし従来の分析手法では、2つのLRDが非常に接近して存在する場合、それらが1つの複雑な天体に見えてしまい、ブラックホール合体の直前の状態を見分けることができなかった。研究チームはこの限界を克服するため、赤外線画像の各ピクセルの色を個別に調べる新しい色選択法を開発した。その結果、従来は単一の天体と判断されていたものが、実は合体の途上にある2つのブラックホールの対であることが判明するようになったのである。

新しい解析手法を用いた結果、わずか数千光年から数万光年という小さな距離にある4ペアのLRDペアが確認された。銀河系の直径が約10万光年であることと比較すると、これらのペアはきわめて接近していることがわかる。研究チームは統計的手法により、こうした近さが偶然である確率を計算し、確認された4つのペアがすべて実際に接近していることを支持する結果を得た。ブラックホール合体は銀河中心への大量のガスの輸送を促進し、中心のブラックホールへ物質を駆動させる機構の一つと考えられており、今回の発見は初期宇宙における銀河合体とブラックホール急速成長の関連性を指し示す可能性がある。

現在の宇宙に存在するあらゆる銀河の中心には超大質量ブラックホールが存在し、その質量は太陽の数百万倍から数十億倍に達する。これほど巨大な天体がいかにして形成・成長したのかは、天文学における大きな謎である。ブラックホール同士の合体がその成長メカニズムの一つであるという仮説は存在していたが、初期宇宙においてそのメカニズムが実際に機能していた証拠は、これまで明確に得られていなかった。今回の観測結果は、初期宇宙のブラックホール形成と成長の理解に重要な情報をもたらすと考えられる。さらに注目すべきは、各LRDが成長するブラックホールを内包する場合、それら自体の合体は将来の重力波観測所によって検出できると見込まれていることである。この研究は、観測手法の進化が次世代の宇宙観測科学を拓く道を示すものとなり、今後のより大規模なサンプルを用いた解析により、初期宇宙の理解がさらに深まると考えられる。

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