正体を隠していた28個の超巨大ブラックホール

“繭”に包まれたブラックホールの想像図。Credit: NASA/CXC/M.Weiss

超巨大ブラックホールは、周囲の物質を引き寄せることによって成長します。引き寄せられる物質は加熱され、X線を含む幅広い波長範囲の放射を生み出します。

ブラックホールがそのように成長する過程で、数十億年前に塵とガスからなる高密度の“繭(まゆ)”がブラックホールの大部分をおおう段階があったと考えられています。“繭”の物質は、ブラックホールを成長させ放射を生み出す燃料源となります。ただ、このような“繭”に包まれたブラックホールは、予想よりも少ない数しか観測されていませんでした。

研究チームは、これまでで最も遠方をX線で撮影した「チャンドラ・ディープフィールド・サウス(CDF-S)」と呼ばれるチャンドラX線望遠鏡によるデータに、ハッブル宇宙望遠鏡やスピッツァー宇宙望遠鏡など他の観測データを組み合わせ、50億年以上離れた距離にあるブラックホールを調べました。その結果、すでに発見されていた67個に加え、さらに28個の“繭”に包まれた超巨大ブラックホールを発見しました。

CDF-Sの画像。円内は今回発見された超巨大ブラックホール。Credit: NASA/CXC/Penn State/B.Luo et al

これら28個の超巨大ブラックホールはこれまで、“繭”の密度が低いか存在せずにゆっくりと成長するブラックホール、あるいは遠方の銀河ではないかと考えられていた天体です。28個のブラックホールは、身を隠すのが非常に上手だったのです。

研究チームはX線を除く全ての波長のデータを使って、それぞれのブラックホールから検出されるはずのX線の量を予測したところ、28個の天体ではX線の量が予測よりも非常に少ないことが判明しました。これはブラックホールのまわりの“繭”が、これまで推定されいたよりも10倍ほど高密度であることを示唆しています。

“繭”の密度を考慮した結果、誤認されていたブラックホールはこれまで考えられていたよりも多くのX線を放出しているけれども、高密度の“繭”によって妨げられてX線がチャンドラ望遠鏡に届いていなかったことを研究チームは示しました。これはそれらのブラックホールがより早く成長していることを示唆しています。

今回の成果は、宇宙にあるブラックホールの数と成長率を推定する理論モデルにとって重要です。そのような理論モデルは、X線背景放射を説明するために作られました。X線背景放射とは、全天のあらゆる方向からほぼ一様に観測されるX線です。今回の成果は、X線背景放射の説明に役立つのに加え、超巨大ブラックホールと、そのブラックホールを抱えるホスト銀河の進化の理解にも重要です。

https://chandra.harvard.edu/photo/2020/cdfsagn/

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