シミュレーションが初期の巨大ブラックホールは原始的であることを示唆

天文学者らは、130億年前の銀河にある異常な大きさのブラックホールが宇宙の夜明けからの原始的な残滓である可能性を提案した。ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡で発見されたこのブラックホールは太陽質量の5,000万倍だが、周囲に星がなく、伝統的な形成理論に挑戦している。詳細なシミュレーションは、それがビッグバン後の密度変動から生じた可能性を示している。

8月、ケンブリッジ大学のBoyuan Liu氏率いる研究者らがジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)を使用して銀河Abell 2744-QSO1を発見した。この遠方の銀河は130億年前のもので、太陽質量の約5,000万倍のブラックホールを宿しているが、星がほとんど存在しないように見える。

Liu氏は異常を指摘した:「これは謎で、伝統的な理論では星が先に形成されるか、ブラックホールと同時に形成されると言われている。」通常、ブラックホールは燃料を使い果たした大質量星の崩壊から形成される。

これを説明するため、Liu氏のチームは1974年にStephen HawkingとBernard Carrが最初に提唱した原始ブラックホールの概念を探求した。これらの仮説的な物体は、ビッグバン直後の宇宙密度の変動から直接形成され、星を介さない。

初期の単純なシミュレーションはこの可能性を示唆したが、チームはガス動力学、星形成、初期の小さな原始ブラックホール周辺の相互作用を考慮したより高度なモデルを実施した。宇宙の最初の数億年で、これらのシミュレーションはQSO1で観測されたブラックホールの質量に一致する成長を予測し、重元素の存在も示した。

Liu氏は結果を述べた:「決定的ではないが、興味深く重要な可能性だ。」発見チームの一員でケンブリッジ大学のRoberto Maiolino氏も加えた:「ブラックホールの質量、恒星質量、化学的豊度というQSO1の特性に一致させた点が非常に興味深く、励みになる。」

課題が残る。標準シミュレーションでは太陽質量の約100万倍までの原始ブラックホールしか生成されず、QSO1よりはるかに小さい。しかし、クラスター化により急速な合併が可能となり、より大きなサイズが達成される可能性がある。また、形成には近くの超新星のような高エネルギーイベントが必要かもしれないが、QSO1付近では見られない。

この研究はarXiv DOI: 10.48550/arXiv.2512.14066に詳述されており、JWSTの観測が初期宇宙のブラックホール理論を推進していることを強調している。

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