きわめて珍しい四つ子のクエーサーを発見

発見確率は理論上1000万分の1

2015.05.15
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クエーサーは、銀河の中心にある巨大なブラックホールに物質が落ち込むときのエネルギーによって強烈に輝いている天体だ。今回、非常に明るい星雲の中に、きわめて珍しい四つ子のクエーサーが埋もれているのが発見された。(PHOTOGRAPH BY HENNAWI & ARRIGONI BATTAIA, MPIA)
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 天文学者のチームが、観測可能な宇宙の端で四つ子のクエーサーを発見した。クエーサーは非常に明るい天体で、ふつうはばらばらに存在しているが、今回発見された4個のクエーサーは、わずか65万光年という狭い範囲にひしめいている。

 5月15日付け学術誌『サイエンス』にこの論文を発表したジョゼフ・ヘナウィ氏は、「平均すると、クエーサーどうしは1億光年ほど離れて存在しています。4個のクエーサーがこんなに狭い領域で見つかる確率は1000万分の1です」と言う。

 1960年代初頭にクエーサーが発見されたとき、その正体は謎に包まれていた。数十億光年の彼方にある天体がこれほど明るく輝いて見えるためには莫大な量のエネルギーを放出していなければならないが、そのような物理過程が思いつかなかったのだ。今日では、クエーサーのエネルギー源は、活動銀河の中心にある大質量ブラックホールであることが明らかになっている。こうしたブラックホールに大量のガスが落ち込むとき、ガスは数百万℃まで加熱され、途方もない量のエネルギーを放射するのだ。

 今回の発見で天文学者を驚かせたのは、四つ子のクエーサーだけではない。4個のクエーサーは、冷たい水素ガスからなり、恒星1000億個分もの質量を持つ、巨大な星雲の中に埋もれていたのだ。この星雲もまた、ふつうでは考えられないものである。

 マックス・プランク天文学研究所(ドイツ・ハイデルベルク)のヘナウィ氏は、「理論的に確率が非常に低いものを発見したなら、信じられないくらいラッキーだったか、理論が間違っているかのどちらかです」と言う。

ふつうでは考えられない

 天文学者が四つ子のクエーサーの発見に驚いたのは、クエーサー自体が比較的珍しいからだ。クエーサーのエネルギー源である大質量ブラックホールはごくありふれた天体で、大きな銀河のほとんどが中心部に大質量ブラックホールを1つ持っている。けれども、こうしたブラックホールが明るく輝くのは、大量のガスを飲み込んでいるときだけだ。ヘナウィ氏によると、銀河の生涯においてそのようなことはめったに起こらないという(ちなみに、銀河系の中心部にある大質量ブラックホールは太陽400万個分の質量で、クエーサーになるには軽すぎる。これに対して、お隣りのアンドロメダ銀河の大質量ブラックホールは太陽1億個分の質量があるので、クエーサーだった時期があるかもしれない)。

 観測可能な宇宙には約1000億個の銀河があるが、そのうちクエーサーとして活動しているものは約50万個だ。オハイオ州立大学の天体物理学者デビッド・ワインバーグ氏は、今回の研究には関与していないが、四つ子のクエーサーが見つかったことの意義を次のようなたとえで説明する。

 地球上のすべての人間がショッキングピンクのアロハシャツを1枚ずつ持っていて、生涯に一度だけそれを着るとしよう。「あなたがある日、そんなシャツを着ている人を見かけたら、『やあ、派手なシャツだな』と思うでしょう。いちどに2人見かけたら、『へえ、偶然だな』と思うでしょう。けれども4人だったら、何かが起きているに違いないと思うでしょう」。

四つ子の誕生

 四つ子のクエーサーを包んでいる巨大な冷たいガスの雲は、クエーサーの形成に関する手がかりを握っているかもしれない。天文学者は、銀河はもともとビッグバンにより生じたガスがダークマターの塊に吸い寄せられたときに誕生したと考えている。ダークマターは、光で観測できる恒星や銀河の5倍もの質量があるにもかかわらず、その正体がいまだに不明の物質である。(参考記事:2015年1月号「謎に満ちた 見えない宇宙」

 ふつう、ガス雲は重力収縮するときに高温になる。けれども、ヘナウィ氏らが発見した雲の温度はわずか1万℃だった。「宇宙論的には、1万℃というのは低温です。ガス雲が重力収縮するときの温度は1000万℃程度になるはずだからです」とワインバーグ氏は言う。また、このガス雲の密度は理論家が考える密度よりはるかに高かった。「そんなガス雲がどうして存在するのか、まったくわかりません」とヘナウィ氏は言う。

 異常な星雲の中に異常なクエーサーの集団があるのは、偶然ではないのかもしれない。この星雲の冷たいガスが燃料となることで、クエーサーがふつうより長期にわたって活動できるようになり、同時に輝く確率が高くなったのかもしれない。

 アリゾナ大学の天体物理学者で、『Beyond: Our Future in Space(彼方へ:宇宙における私たちの未来)』の著者であるクリス・インピー氏は言う。「何が起きているにせよ、シミュレーションと観測との食い違いは、観測宇宙論の重要性を改めて教えてくれます」

文=Michael D. Lemonick/訳=三枝小夜子

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