超大質量ブラックホールは、銀河のダイナミクスと進化の中心的存在である。超大質量ブラックホールは、銀河の形成、恒星の生成、そしておそらくはダークマターのクラスター化にも関与している。ほとんどすべての銀河に超大質量ブラックホールが存在し、近傍の銀河では銀河質量のごく一部を占めることもある。このような重力の怪物については多くのことが分かっているが、一つの疑問は、超大質量ブラックホールがどのようにして急速に質量を増したのかということである。
初期のブラックホールについてわかっていることのほとんどは、クエーサーから得られている。クエーサーは、超大質量ブラックホールが非常に活動的な段階にあるときに発生し、膨大な量の物質を消費して強烈な光を放ち、宇宙全体で見ることができる。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）や他の天文台の観測によると、クエーサーは130億年前までさかのぼることができる。しかし、この燦然と輝くクエーサーは、観測上の課題も投げかけている。初期のクエーサーは非常に明るく、主銀河を圧倒的に明るく照らすため、初期のクエーサーの環境を観測するのは難しい。しかし、『THhe Astrophysical Journal』誌に掲載された新しい研究では、スペクトルのトリックを使って、これらの遠い銀河のホストを見ることに成功した。
研究チームは、約130億光年の距離にある6つの遠方クェーサーのJWSTデータを収集した。クエーサーはさまざまな波長で観測されたため、研究チームはクエーサーのモデルとなる光と比較し、どの波長がクエーサーのコンパクトな光源からのもので、どの波長がクエーサーを取り囲むより拡散した銀河からのものかを分類することができた。クエーサーの光をフィルタリングすることによって、研究チームは、これらの古代のクエーサーが存在する遠方の銀河の最初の画像を得た。
それぞれの光源の明るさはその質量に関係しているため、研究チームはクエーサーの質量とそのホスト銀河の質量を比較することができた。その結果は驚くべきものだった。これらの初期の銀河では、超大質量ブラックホールの質量は銀河の質量の約10％であった。これは、超大質量ブラックホールが銀河の質量のわずか10分の1しかないような、局所的な銀河で見られる質量比よりもはるかに大きい。このことは、初期の超大質量ブラックホールが非常に急速に成長し、銀河の種になった可能性さえあることを意味している。この観測結果は、初期の銀河が最初に形成され、ブラックホールはその後に形成されたという考えに反するものである。
天文学者たちは、初期の宇宙で超大質量ブラックホールがどのように急速に形成されたのか、まだよくわかっていない。超大質量ブラックホールの進化に関するひとつの疑問に答えることで、研究チームは他にもいくつかの疑問を投げかけている。
論文
- The Astrophysical Journal: EIGER. V. Characterizing the Host Galaxies of Luminous Quasars at z ≳ 6
研究の要旨
EIGERプロジェクト（Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization）における5.9 < z < 7.1の6つのクェーサーについて、JWST/NIRCamによるクェーサーホスト銀河の発光と超大質量ブラックホール（SMBH）の質量の測定を報告する。F115W、F200W、F356WのNIRCamによる深い撮像と、F356Wのグリズムによる分光を行いました。私たちは、点広がり関数（PSF）のモデルを構築し、これらのPSFの誤差を推定するために、明るい不飽和星を使用しています。そして、クェーサー画像を点光源＋指数関数的円盤としてフィッティングすることにより、クェーサーホスト銀河の光束と形態を測定あるいは制約する。その結果、3つのクェーサーのホスト銀河を検出することに成功した。スペクトルエネルギー分布のフィッティングから、これらのクェーサーホスト銀河の恒星質量はM* ≳ 1010M⊙であることがわかった。銀河が検出されなかったクェーサーについては、その恒星質量の上限を見積もった。グリズムスペクトルを用いてHβ線プロファイルと連続光度を測定し、クェーサーのSMBH質量を見積もった。その結果、赤方偏移 z ≳ 6において、SMBHの質量とホスト銀河の恒星質量の間に正の関係がすでに存在することがわかった。我々のクェーサーサンプルでは、BHと恒星の質量比がMBH/M* ∼ 0.15と高く、局所的な関係よりも約2dex高い。私たちは、高赤方偏移クェーサーの高いMBH/M比には、選択効果が部分的にしか寄与していないことを発見した。この結果は、MBH-M関係の赤方偏移進化の可能性を示唆している。
この記事は、BRIAN KOBERLEIN氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。
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