はるか昔、二つの遠く離れた銀河で、二つの巨大なブラックホールが合体した。この出来事が起こったのは、宇宙が誕生してわずか7億4000万年経ったの頃である。天文学者のチームは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）を使用して、この最も遠く（そして最も早期）のブラックホール合体の観測に成功した。
このような衝突は、より近代の宇宙の歴史においては比較的一般的な現象であり、天文学者たちはこれが銀河の中心にますます巨大なブラックホールをもたらすことを知っている。結果として生まれる超巨大ブラックホールは、数百万から数十億太陽質量にも達し、銀河の進化に多大な影響を与える。
JWSTやハッブル宇宙望遠鏡（HST）を用いることで、天文学者たちは宇宙の歴史の初期、すなわち宇宙誕生から最初の10億年以内と言う黎明期にある巨大ブラックホールを次々と発見している。これにより、どうしてこれらがそんなにも早く巨大化したのかという疑問が浮上している。ブラックホールは成長する過程で物質を吸収し、最も巨大なものについては、衝突する銀河がその物質収集の歴史の一部となる。
JWSTが見せる初期ブラックホールの合体
最近のJWST観測では、ZS7と呼ばれるシステムに焦点が当てられた。これは、二つの非常に初期のシステムが合体し、ブラックホール同士が衝突する銀河の合体である。地上の望遠鏡ではこれを検出することはできない。この合体は非常に遠くに位置しており、宇宙の膨張によってその光が電磁スペクトルの赤外線部分にまで伸びているためである。しかし、赤外線はJWSTの近赤外線分光器（NIRSpec）によって検出可能である。イギリス、ケンブリッジ大学の天文学者Hannah Übler氏によれば、NIRSpecは初期の宇宙における合体の兆候を見つけることができる。
「ブラックホール近傍の非常に密なガスと高速運動の証拠、そしてブラックホールの吸収エピソードで典型的に生成されるエネルギッシュな放射によって照らされた熱く高イオン化されたガスを発見しました。ウェッブの前例のない高解像度イメージング能力のおかげで、我々のチームは二つのブラックホールを空間的に分離することができたのです」と、Übler氏は述べている。
これらのブラックホールは非常に巨大で、一方は約5000万太陽質量を持ち、もう一方も同程度の質量を持つと考えられているが、密なガス領域に埋もれているため正確には分かっていない。スペインのアストロバイオロジーセンター（CAB）、CSIC/INTAの天文学者Pablo G. Pérez-González氏によれば、これらの銀河の恒星質量は、近くの大マゼラン雲と同じくらいの恒星質量を持つ。「もし各銀河が私たちの銀河系にあるものと同じかそれ以上の巨大ブラックホールを持っていたら、銀河の合体の進化がどう影響を受けるかを想像してみることができます」。
宇宙の夜明けにおけるブラックホール合体の他の影響
JWSTの観測結果の分析は、合体がブラックホールの成長に重要な役割を果たすという考えを強化している。特に宇宙の初期においてはそうであると、Übler氏は述べている。「遠方の宇宙における活発で巨大なブラックホールの他のウェッブ発見とともに、私たちの結果は、巨大ブラックホールが銀河の進化を最初から形作ってきたことも示しています」。
非常に初期の宇宙における多くの活動銀河核（AGN）は、かなり巨大なブラックホールと関連している。これらはおそらく初期の時代の一般的な合体プロセスの一部である。天文学者たちは、これらの合体がいつ始まったのかを知りたいと考えている。それは中心の超巨大ブラックホールの成長を特定するのに役立つだろう。そうした合体は、宇宙の初期におけるブラックホールの成長のための可能なルートである。
それが、天文学者たちがJWSTや将来の望遠鏡でそれらを発見しようと熱心である理由である。これらは、宇宙の初期における銀河とブラックホールの進化を理解するための鍵を握っている。Übler氏と彼女のチームは論文でこう指摘している。「私たちの結果は、初期宇宙における巨大ブラックホール合体が差し迫っていることを示唆しており、これはブラックホールの早期成長のための重要な追加チャネルとして浮上しています。最近の文献での他の発見と併せて、遠方宇宙での巨大ブラックホールの合体が一般的であることを示唆しています」。
もちろん、これらの合体はJWSTで検出可能な光だけでなく、非常に微弱な重力波も生成する。しかし、それらの波を検出する希望は、2030年代に設置される予定のレーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）にかかっている。それはJWSTが今日赤外線で検出しているタイプの銀河とブラックホールの合体に焦点を合わせることができるはずである。
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