新しい研究は、宇宙に超大質量ブラックホールよりも大きな質量の存在を予測します

天の川銀河の中心近くには、天文学者が射手座 A* と呼ぶ巨大な天体があります。 この「超大質量」ブラックホールは私たちの銀河とともに成長した可能性があり、単独ではありません。 科学者たちは、同様の巨人が宇宙のほぼすべての大きな銀河の中心にあると信じています。

そのうちのいくつかは非常に大きくなる可能性があると、コロラド大学ボルダー大学の天体物理学および惑星科学部門の博士研究員ジョセフ・サイモン氏は述べた。

「私たちの銀河系の中心にあるブラックホールは太陽の数百万倍の質量を持っていますが、太陽の数十億倍の質量があると考えられる他のブラックホールも見られます」と彼は述べた。

天体物理学者は、これらの観察が難しい天体の挙動の研究にキャリアを捧げてきました。 最近の研究では、コンピューター シミュレーション、つまり「モデル」を使用して、宇宙最大の超大質量ブラック ホールの質量を予測しました。これは、ブラック ホールの質量関数として知られる数学的概念です。

言い換えれば、サイモンは、これらのブラック ホールをそれぞれ巨大なスケールで次々に配置できたら何が見つかるかを判断しようとしました。

彼の計算は、数十億年前のブラックホールは、科学者がこれまで考えていたよりも平均してはるかに大きかった可能性があることを示唆しています。 この発見は、射手座A*のような天体が小さなブラックホールから今日の巨大な存在に成長する過程で形成された力を解明し、研究者がより大きな謎を解くのに役立つ可能性がある。

「宇宙には非常に早い時期から非常に巨大な物体が存在していたことが、さまざまな情報源から分かり始めている」とサイモン氏は語った。

彼は 5 月 30 日にその調査結果を次のように発表しました。 天体物理学ジャーナルレター。

ギャラクティック・シンフォニー

サイモンにとって、これらの「非常にかさばる物」は彼の糧です。

天体物理学者は、北米ナノヘルツ重力波観測所 (NANOGrav) と呼ばれる 2 番目の研究活動に参加しています。 このプロジェクトでは、サイモンと米国とカナダの何百人もの科学者が 15 年間を費やして、「重力波背景」として知られる現象を研究してきました。 この概念は、ほぼ一定の基準で宇宙全体に波紋を広げる、重力波の絶え間ない流れ、または空間と時間の巨大な波紋を指します。

この宇宙の運動量の起源も超大質量ブラック ホールにあります。 サイモン氏は、2つの銀河が宇宙で衝突した場合、中心のブラックホールも衝突し、さらには合体する可能性があると説明した。 オーケストラの 2 枚のシンバルのように、ぶつかり合う前に旋回します。このシンバルだけが重力波を生成し、文字通り宇宙の構造を歪めます。

重力波の背景を理解するには、科学者はまず宇宙の超大質量ブラックホールが実際にどれくらいの質量であるかを知る必要があります。 サイモン氏によると、シンバルが大きくなると爆発力も大きくなり、より多くの重力波が発生するという。

問題が 1 つだけあります。

「私たちの銀河と近くの銀河の超大質量ブラックホールの質量については、すでに十分な測定結果が得られています」と彼は述べた。 「遠方の銀河については、同じような測定値はありません。推測するしかありません。」

ブラックホールが増加中

サイモンは新しい研究で、まったく新しい方法で推測することにしました。

まず、彼は数十億年前に誕生した数十万個の銀河に関する情報を収集しました。 (光は非常に速くしか移動できないため、人間が遠くの銀河を観察するときは、時間を遡ることになります。) サイモンはこの情報を使用して、宇宙最大の銀河のおおよそのブラック ホール質量を計算しました。 次に、彼はコンピューターモデルを使用して、これらの銀河が生成し、現在地球を洗っている背景の重力波をシミュレートしました。

サイモンの発見により、約 40 億年前に遡る宇宙の超大質量ブラック ホールの全範囲が明らかになりました。 彼はまた、何か奇妙なことに気づいた。数十億年前の宇宙には、これまでの研究で予測されていたよりもはるかに多くの大きな銀河が点在していたようだ。 意味がわかりませんでした。

「これらの本当に巨大なシステムは近宇宙でしか見られないという期待がありました」とサイモン氏は言う。 「ブラックホールが成長するには時間がかかります。」

しかし、彼の研究は、天体物理学者がかつて信じていたほど多くの時間を必要としない可能性を示唆する証拠をさらに増やしています。 たとえば、NANOGrav チームは、数十億年前に宇宙に潜んでいた巨大ブラックホールの同様の信号を観測しました。

今のところ、サイモンは、さらに遡って広がるブラックホールの全範囲を探索し、天の川銀河、そして最終的には太陽系がどのようにできたかについての手がかりを明らかにしたいと考えています。

「ブラックホールの質量を理解することは、重力波の背景などの基本的な問題のいくつかにとって重要であるだけでなく、銀河がどのように成長し、私たちの宇宙がどのように進化したのかについても重要です」とサイモン氏は述べた。