恐ろしい2つ: 赤ん坊の宇宙での幼児用ブラックホールの検出

サヒル・ヘグデ著 | 2023 年 7 月 6 日 | 日刊紙の要約 | コメント0件

タイトル：宇宙初期の小さくて活発なブラックホール

著者:ロベルト・マイオリーノ、ヤン・ショルツ、ジョリス・ヴィッツストック 他

最初の著者の機関:ケンブリッジ大学カブリ宇宙論研究所、ケンブリッジ、英国。 キャベンディッシュ研究所 – 天体物理学グループ、ケンブリッジ大学、ケンブリッジ、英国。 ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン物理学および天文学部、ロンドン、英国

状態：提出された

JWST からの最初のイメージのリリースから 1 周年が近づいており、JWST の大きな発見のいくつかを振り返るのに最適な時期です。 赤外線で観測する JWST は、部分的には、宇宙最初の銀河の形成と進化を研究するために設計されました。 その点では、それは予想を上回っており、銀河距離の記録を破り、初期の銀河の構造と人口統計に関する私たちのモデルに挑戦しています。 JWST がいかに強力であるかを示す完璧な例は、GN-z11 というキャッチーな名前の、最遠方の銀河に関する古い (JWST 以前の) 記録保持者から得られる新しい情報にあります。

2016 年に初めて高赤方偏移銀河の候補として測光的に特定されて以来、GN-z11 は多くの興奮の対象となってきました。その主な理由は、GN-z11 が初期宇宙の銀河の性質についての最も明確な見解だったからです。 GN-z11 は、これまでに検出された銀河の中で最も赤方偏移が大きい銀河 (赤方偏移が約 11 で、ビッグバンからわずか約 4 億年後に位置する) であるだけでなく、その年齢の割に非常に明るいです。 いや、幼稚園の高校レベルの読み聞かせという意味ではありません。 つまり、宇宙がすでに誕生してほぼ10億年が経過しており、銀河はさらに大きくなると予想されているz~6-8の時点で、典型的な銀河の3倍の明るさです。 GN-z11 については、ハッブル宇宙望遠鏡で行われた観測やその他の地上研究に基づいた他の記事 (分光分析による確認と起源に関するこの 2 件など) ですでに詳しく議論されています。

このような関心を考慮すると、GN-z11 は、JWST が実施した最初の科学プログラムのいくつかにとって自然な観測対象となりました。 今日の論文は、これらの観測を詳しく掘り下げ、この銀河の驚くべき明るさを説明する証拠を提示します。おそらく、何かが銀河の中でかくれんぼをして、とても明るく輝かせているのでしょう。

high-z AGN を検出する方法

JWST の打ち上げ前に行われた観測でも、GN-z11 は非常に明るい銀河であることが確認されました。 その光がすべて星の光であると仮定すると、銀河系の星の質量はおよそ太陽 10 個分に相当すると推定されます。これは天の川銀河の星の質量の約 10 分の 1 であり、その年齢を考えると並外れた質量となります。 しかし、その驚くべき明るさについて考えられる説明の1つは、光の大部分が銀河の中心に活発に降着している超大質量ブラックホール（いわゆる活動銀河核、またはAGN）によって生成されているということである。 AGN のような大きな光度の天体の存在は、初期宇宙における GN-z11 や他の同様に「過剰な」光度を持つ銀河の検出に伴う緊張をいくらか和らげるのにうまく役立つだろう。 これは潜在的に説得力のあるアイデアですが、この質問に最終的に答えるには、銀河のスペクトル内の輝線を正確に検出する必要があります。これは、JWST の高解像度機器の完璧なテストベッドです。

実際、今日の著者らは、1 ～ 5 ミクロンの波長範囲をカバーする JWST に搭載された近赤外分光器 (NIRSpec) で収集されたデータを使用しています。 光は宇宙の膨張によって引き伸ばされたり、宇宙論的に赤方偏移したりしているため、この範囲で観察される線は、実際には赤外線に引き伸ばされる前に、銀河内の原子によって紫外線または光学的に放射されます。 実際、銀河の赤方偏移を特定するために使用される最も強い線の一部は、銀河の星間物質 (HII 領域など) でイオン化および励起された原子の電子遷移によって生成されます。 したがって、さまざまな輝線の検出は特定の元素の存在を示し、観察されているガスのイオン化状態 (つまり、イオン化された特定の種類の原子の割合) を反映します。