光り輝くクエーサーに囲まれたブラックホールのイラスト(ILLUSTRATION BY ZHAOYU LI, SHANGHAI ASTRONOMICAL OBSERVATORY)

 太陽120億個分の質量を持つ、超巨大なブラックホールが発見された。中国・北京大学の天文学者ウー・シュエビン氏らの国際研究チームが、2月25日付『Nature』誌に発表した。

 今回見つかったのは、過去最大のブラックホールというわけではない。ただし驚くべきはその成長の早さだ。ビッグバンからわずか8億7500万年(宇宙の歴史全体のうち最初からわずか6%の時点)で、太陽120億個という圧倒的な大きさに成長したと考えられる。「そのような短期間で、どのようにしてこんなに大きくなったのだろうか」とウー氏。これまでブラックホールは周囲のガスや星を吸い込みながらゆっくり成長すると考えられていたが、今回の発見により、その説が覆されるかもしれない。

宇宙誕生から9億年で超巨大化

 ブラックホール自体は観測できない。重力が非常に強く、光さえもその影響を逃れることができないからだ。その代わり、中国やチリ、米国のハワイやアリゾナにある望遠鏡を駆使し、クエーサーを発見した。クエーサーとは、きわめて遠くで光を放つ天体で、その光はブラックホール周辺のガスがブラックホールに吸い込まれる際に放出されたものと考えられている。

「これまでに発見された中で、最大の光度を持つモンスターだ」と、同研究に参加していないハーバード大学天文学部長のアビ・ローブ氏は述べている。その明るさは、天の川銀河全体の4万倍に及ぶという。

 天の川銀河を含むほとんどの銀河は、中心に巨大なブラックホールを持っている。ただ、それらのすべてが、超高温ガスに囲まれているわけではない。囲まれているものをクエーサーと呼ぶが、今回見つかったクエーサー「SDSS J010013.021280225.8」は、その極端な例だ。

 クエーサーは、見た目が普通の星と変わらず、高性能の望遠鏡をもってしても、ただの点光源にしかみえない。クエーサーと特定するには、地球から遠ざかる速さを詳細に分析し、そこまでの距離を知る必要がある(宇宙は膨張しているので、互いに遠い天体ほど速く離れていく)。その結果、今回発見されたクエーサーは、地球から約120億光年離れていること、つまり120億年前の光を観測していることがわかった。

 今回のクエーサーが桁外れに明るいことから、背後にあるブラックホールの巨大さがうかがえる。「同時期のクエーサーはたくさん見てきましたが、太陽30億個分を越える質量を持つものは未だかつてありません」とウー氏は述べている。

従来理論で説明できない

 理論の研究者によれば、宇宙の最初の星々が崩壊することでブラックホールができたと考えられている。ビッグバンからおそらく1億年後くらいのことだ。ローブ氏によれば、「当時の銀河は、最大で今の1000倍ほどの密度だった」ため、それらの核がブラックホールに大量のガスを供給し、成長を促したと考えられている。

 ところが、新発見のブラックホールは、大きすぎてこのシナリオが当てはまらない。ドイツにあるマックス・プランク天文学研究所のブラム・ベネマン氏は、「生まれてからずっと、ほぼ最高速度でガスの融合を続けてきたに違いない」とNature誌の付随論評に記している。しかし、明るいクエーサーが噴き出す爆発的な光は、ブラックホールに引き込まれるはずだった周囲のガスを吹き飛ばしてしまうため、それは考えにくい。

 別のアイデアとして、初期段階で2つまたは3つ以上の銀河が融合し、それらのブラックホールが1つにまとまったとする説もある。だが、これが成立するには、各ブラックホールの質量が同じでなければならない。さもないと、バランスが崩れて、1つの新しいブラックホールが放出されるだけだとローブ氏は言う。

 もう1つのアイデアが、最初の星々の中に、太陽100万個程度の質量を持つものがあったというもの。「星の質量には、基本的に上限はありません」とローブ氏。宇宙が生まれたばかりのころにそのような星がいくつか形成されていたとして、それらが崩壊すれば、「きわめて大きいブラックホールの形成がジャンプスタートする可能性があります」とローブ氏は説明する。

 ジャンプスタートシナリオの唯一の問題は、太陽100万個ほどの質量を持つ星が果たして存在していたのかを確認する術がないことである。「これまでは見たことがありません。でも(2018年に軌道投入される計画の)ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使えば、それが可能になるかもしれません」

Michael D. Lemonick=文/訳=堀込泰三