[비즈한국] 新しい望遠鏡は、これまで見ることのできなかった新たな秘密を明らかにする。ハッブル宇宙望遠鏡が打ち上げられた直後、天文学者たちは宇宙の至る所で奇妙に歪んだ銀河の姿を発見し、宇宙が実際には隅々まで時空の波で揺れ動いていることに気づいた。今やこのような重力レンズ画像は、どこを撮影しても必ず写り込むありふれた日常となった。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、ハッブルですら見ることのできなかったさらなる当惑の光景を次々と映し出している。特にジェイムズ・ウェッブは、宇宙の果て、極めて遠い過去の宇宙を覗き込んでいるが、宇宙の端にはあまりにも多くの「赤い点」が存在する。これらの赤い点は「LRD（Little Red Dots）」と呼ばれているが、その正体はまだ明らかになっていない。ありふれた原始銀河と呼ぶには曖昧であり、かといって遠い宇宙で輝く巨大な恒星と見なすにも曖昧だからだ。
しかし問題は、これが非常に頻繁に見つかるという点だ。時折一つ発見される程度であれば、初期宇宙に存在した奇妙な天体の一つと考えればよいが、そうではない。LRDは初期宇宙の極めて一般的な風景のように見える。
赤い点は、銀河の進化過程で未解決のまま残されているミッシングリンクを解明するために探査していた際、初めて発見された。ほぼすべての銀河の中心には巨大なブラックホールが潜んでおり、そのブラックホールの質量は銀河の質量と見事に比例している。実際、質量比で見ると銀河中心のブラックホールは銀河全体の質量の1000分の1にも満たない微々たるものだが、その（相対的に）小さなブラックホールが巨大な銀河の質量と綺麗な法則に従うという点は、明らかにブラックホールと銀河の共進化の可能性を考えさせる。
問題は、銀河中心のブラックホールの正確な起源が不明だという点だ。はるかに軽い恒星質量ブラックホールの場合、重い星の崩壊を通じてブラックホールが形成されるメカニズムは解明されている。しかし、銀河中心の超大質量ブラックホールについてはまだ確証がない。銀河が先に形成されてから後に中心部に物質が凝縮してブラックホールができたのか、それとも宇宙初期にブラックホールが先に誕生し、その周囲に物質が集まって現在の銀河が形成されたのかすら定かではない。
天文学者たちは、ジェイムズ・ウェッブが宇宙の果てまで観測すれば、太初の超大質量ブラックホールが醸成される現場を目撃できると期待した。ブラックホールは強い重力で周囲の物質を引き寄せ、超高速で回転させる。そのため、ブラックホール周辺の光は極端なドップラー効果を受け、スペクトルにおいてその放出線の波長が両側に広がって見える。これを線幅の増大と呼ぶ。スペクトルでこのような特徴が発見されれば、中心に巨大なブラックホールがあることが分かる。
ジェイムズ・ウェッブの観測を通じて、このように広い線幅を示す天体が数多く発見されたが、驚くべきことに、画像の中の姿はさらに当惑させるものだった。あれほど高速で物質が回転しているならば、当然そのサイズも非常に巨大であるはずだ。しかし、写真の中に現れた赤い点はあまりにも小さかった。つまり、この天体は質量は非常に重いがサイズは非常に小さい、極めてコンパクトで密度の高い塊である可能性を示唆している。だが、これは我々が知る一般的な銀河でも、ブラックホールでもない。これまで見たことのない全く別の種類の天体なのだ。
非常に鮮明な赤い光も疑問だ。一見すると、巨大なブラックホールが非常に厚くて濃い塵の雲に覆われているため、多くの赤外線を放出していると考えることができる。巨大な塵の雲の中に活動銀河が隠れている場合、実際、近隣の銀河でも強い赤外線が観測される。しかし問題がある。このような活動銀河は赤外線だけでなく、X線やガンマ線のようなより強力な光も放出する。ところが、これまで捉えられたLRDは、真っ赤な赤外線だけを鮮明に放っているのだ。
一部の天文学者たちは、恒星の数が少なく非常に軽い原始銀河が、その中心に体格に見合わないほど非常に重いブラックホールを宿しているためだと推測する。ブラックホールが先に体格を大きくし、その後に物質が集まって銀河が後に作られたという仮説の証拠と見なす向きもある。しかし、このように過度にコンパクトな、つまり密度の高い塊は、既存の標準宇宙モデルでは想像しにくい。シミュレーションでもこのような天体は再現されにくい。初期宇宙の進化方式が、我々がこれまで平和に考えていた姿とはかなり異なる可能性があるということだ。
今回の研究は、LRDの正体が巨大なガス雲が一気に崩壊した、いわゆる「直接崩壊ブラックホール」だと主張している。巨大なガス雲が星を作る過程もスキップし、超新星爆発のような過程も経ることなく、直接崩壊することで太陽質量の1000倍に近い原始ブラックホールを作ることができる。そしてそれが徐々により多くの物質を飲み込み、互いに合体することで、最終的に今日の銀河中心に存在する太陽質量の数千万倍以上の巨大な超大質量ブラックホールへと成長できるのだ。
直接崩壊ブラックホールは超大質量ブラックホールの種であると考えられているが、まだ実際の観測でその存在が明確に証明されてはいない。しかし今回の研究で、天文学者たちはLRDの正体こそが、この伝説の中の直接崩壊ブラックホールであると主張している。直接崩壊ブラックホールの形成過程をシミュレーションし、その際に周囲でどのような種類の光、スペクトルが観測されるべきかを再現したところ、その姿が現在ジェイムズ・ウェッブが捉えたLRDの典型的な姿と酷似していたのだ。
その結果は非常に興味深い。中心に巨大なブラックホールを置き、その周囲を極めて平凡な塵の雲で隠すだけでよい。ブラックホール周辺から漏れ出る光を塵の雲が吸収して再放射することで、大部分が赤外線側に偏った赤い光だけを放つ。そして正確にLRDのスペクトルが作られる。ここに星は必要ない。星が一つもなく、水素ガスと塵の雲だけがブラックホールを包み込んでいる場合においてのみ、正確なLRDのスペクトルが再現されるのだ。
他の一般的な活動銀河と異なり、LRDでガンマ線やX線がうまく観測されない理由も説明できる。これほど一瞬で巨大な雲が崩壊し、巨大なブラックホールが作られるほどであれば、そもそもその塵の雲は密度がかなり高くなければならない。非常に濃い塵の雲の中にブラックホールが隠れているため、並大抵のエネルギーでは塵の雲を突き抜けることはできず、ブラックホールが放出する通常レベルのX線はそのまま吸収されてしまう。塵の雲が吸収したX線を赤外線として再放出し、LRDをさらに赤く染めるだけで、他の強力なX線放射は検出されないのだ。
一部ではこのようなモデルにさらに劇的な名前を付けている。それは「ブラックホールスター」だ！中心にブラックホールがあり、その外郭を一つの巨大な星のように高密度のガス雲が取り囲み、ブラックホールを宿している形態だ。さらに初期宇宙にある天体であるため、ガス塵雲の大部分は純粋な水素で構成されている。したがって、中心にブラックホールを宿した巨大な水素の塊、まさにブラックホールを宿した巨大な星と見なしても差し支えない。
宇宙はあまりにも奇妙だ。特に過去の宇宙へと遡るほど、さらに奇妙になる。宇宙はただ平凡な星や銀河だけで満たされた世界だと考えていたが、元からそうではなかった。もしかすると、気の遠くなるような長い時間が流れた後には、その時には今の宇宙が奇妙な姿として映るかもしれない。今の平凡な星や銀河もいつかすべて消え去り、宇宙の主流から追い出されることになるだろう。そして我々が全く想像もできない奇妙な形態の天体が姿を現し、宇宙の新たな主流となり、今日の星や銀河を奇妙な存在に変えてしまうだろう。その時が来れば、我々が新しいLRDになるのだ。
参考
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2026arXiv260114368P/abstract
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/09/aa54681-25/aa54681-25.html
筆者チ・ウンベは？猫と宇宙を愛する。幼い頃『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを伝えるという夢を持つようになった。現在、世宗大学校自由専攻学部助教授として、講演や執筆など様々な科学コミュニケーション活動を行っている。『毎日宇宙の一欠片』、『星が輝く宇宙の科学者たち』、『行けないけれど知っている』、『宇宙を見ると浮かぶ奇妙な質問たち』などの著書があり、『本当の宇宙を旅するヒッチハイカーのためのガイドブック』、『私はどうして冥王星を殺したのか』、『クォンタム・ライフ』、『コスミグラフィック』などを翻訳した。