ポーツマス大学のDaniel Whalen氏を筆頭とする研究チームは、初期宇宙の謎の天体「リトル・レッド・ドット」の正体について、ブラックホールだとする説を後押しする結果がシミュレーションを通じて得られたとする研究成果を発表しました。研究チームの成果をまとめた論文は学術誌「The Astrophysical Journal Letters」に掲載されています。
初期宇宙の天体「リトル・レッド・ドット」の謎
リトル・レッド・ドットは、ジェームズ・ウェッブ（James Webb）宇宙望遠鏡が数多く見つけている初期宇宙のコンパクトな天体で、その正体は今もはっきりとはわかっていません。
研究チームによると、正体の有力な候補は成長中のブラックホールですが、その周囲から放たれるはずの強いX線は、リトル・レッド・ドットではほとんど検出されていません。
また、リトル・レッド・ドットのスペクトル（電磁波の波長ごとの強さの分布）を取得すると、紫外線から可視光線にかけての波長域において、波長の短い方と長い方がより強くてその間は弱くなる「V字型」を示すという特徴があります。
非常に重い星から直接形成されたブラックホールを想定
研究チームは今回、初期宇宙の若い銀河の中心部で形成されたとみられるガス円盤の中に、太陽の10万倍の質量を持つブラックホールを配置したシミュレーションを行いました。こうした銀河では中心部へ大量に流れ込んだガスから太陽よりもはるかに重い「超大質量星」が誕生し、超新星爆発をせずに崩壊することで、ブラックホールが直接形成されたのではないかと考えられているからです。
シミュレーションされたブラックホールは物質を取り込む活動にともなって強い電磁波を放射しましたが、周囲を取り巻く非常に密度の高いガスによってX線は閉じ込められました。その一方で、紫外線・可視光線・赤外線の一部はガス円盤の外へ漏れ出すことも示されたといいます。
観測されたスペクトルの形も再現
研究チームによると、これまでの研究では、こうした銀河に存在するブラックホールの質量が太陽の約1000万倍にまで成長した時点で、ブラックホールの近くに密集した星団が形成される可能性が指摘されていました。
研究チームは、この星団に由来する光がリトル・レッド・ドットのスペクトルにみられる特徴である「V字型」のうち波長の短い側の成分を、ガス円盤から漏れ出たブラックホール由来の光が長い方の成分を、それぞれ担っているのではないかと指摘しています。直接崩壊で誕生したブラックホールと星団のスペクトルが合わさったものを、私たちはリトル・レッド・ドットとして観測しているのではないかというわけです。
ただ、リトル・レッド・ドットはビッグバンから約6億～15億年後に数多く見つかっているものの、今回シミュレーションされたブラックホールや星々はビッグバンから約2億～3億年後というもっと早い段階で誕生しています。この点について研究チームは、シミュレーションよりも後の時代に直接崩壊で誕生したブラックホールもまた同じような姿になると考えているということです。
文／ソラノサキ 編集／sorae編集部
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参考文献・出典
- University of Portsmouth - James Webb telescope’s controversial ‘Little Red Dots’ finally explained
- Whalen et al. - Little Red Dots are Direct-collapse Black Hole–forming Galaxies (The Astrophysical Journal Letters)
