東大,ブラックホール質量増加率が低いことを解明

東京大学の研究グループは,すばる望遠鏡で発見された1万個を超える120億年以上昔の銀河に対してそのX線画像を解析することで,その時代の宇宙の大多数を占める一般的な銀河の中心に存在する超大質量ブラックホールの質量増加率が予想よりずっと低いことを初めて明らかにした(ニュースリリース)。

現在の宇宙では銀河の質量とその中心に存在する超大質量ブラックホールの質量の間に,ほぼ正比例の関係がある。このことは両者が互いに影響を及ぼし合って進化してきたことを示唆している。その一番単純なシナリオは,両者が足並みをそろえて(すなわちほぼ正比例な関係を維持しながら)成長してきた。

しかし,重い超大質量ブラックホールでもその大きさは約1010km程度しかなく,銀河の大きさ(約1018km程度)とは大きな隔たりがある。これは太陽系に例えると,太陽から冥王星までの距離が銀河の直径くらいの大きさだとしたら,ブラックホールの直径は東京都本土の東端から西端までの距離くらいの大きさしかなく,影響を及ぼし合うのは簡単なことではない。このきれいなほぼ正比例の関係がどのようにして作られたのかは大きな未解決問題。

研究グループは,銀河の位置のX線画像を多数重ね合わせることで信号雑音比を上げるというX線スタッキング技術を用いて,約122-130億年前という大昔の一般的な銀河の中心に存在する超大質量ブラックホール質量増加率を推定した。

もし当時のブラックホールもこの関係に従って銀河と足並みをそろえて成長していた場合,今回の研究のように多数の銀河を重ね合わせればX線で検出できたはずだが,結果は意外にも不検出だった。

代わりに研究グループが得た質量増加率の上限値は,足並みをそろえていると想定した場合よりも1桁以上低いものだった。言い換えれば,銀河自身は盛んに星を作って成長しているのにブラックホールは休眠に近い状態といえる。

この結果は,大昔のブラックホールがクェーサーのような短期間に急激に質量を増加させる段階を経ない限り,現在の宇宙で見られるような質量には到底届かないことを意味し,今まで提唱されてきた銀河とブラックホールの進化モデルに修正を迫るもの。

研究グループは,今後はJWSTや次世代X線観測衛星Athenaなどによって,一般的な銀河におけるブラックホールの質量や質量増加率をより正確に測定できることを期待する。それにより銀河とブラックホールの進化の全体像がより明確になり,進化のメカニズムの理解もより進むとしている。

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