超巨大ブラックホールは、自身のホスト銀河内だけでなく、数百万光年離れた隣接する銀河系においても星形成を抑制する「宇宙の捕食者」として機能している。アリゾナ大学（University of Arizona）が主導した新しい研究は、クエーサーとして知られる活動的なブラックホールから放出される強烈な放射線が、星の誕生に必要な冷たい分子状水素ガスを加熱し、分散させていることを示している。2025年12月3日付のThe Astrophysical Journal Lettersに掲載されたこの発見は、銀河の進化が孤立したプロセスではなく、相互に関連し合った「グループの取り組み」であることを示唆しており、初期宇宙の成長に関する私たちの理解を根本から変えるものである。
Steward Observatoryの博士研究員、Yongda Zhuを中心とする研究チームは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の前例のない感度を利用して遠方宇宙を観測した。これまでに発見された中で最も質量の大きなブラックホールの一つを取り巻く環境を調査することで、チームは星形成が著しく阻害されている「抑制ゾーン」を特定した。この発見は、ガスが豊富な環境にあるにもかかわらず、なぜ一部の初期銀河が「死んだ」状態、あるいは静穏な状態にあるのかという、長年の疑問に対する説明を与えるものである。
クエーサーJ0100+2802とは何か、なぜ重要なのか？
クエーサーJ0100+2802は、128億光年先に位置する超高光度活動銀河核であり、太陽の120億倍の質量を持つ超巨大ブラックホールを動力源としている。ビッグバンからわずか9億年後に現れたこの天体は、その極端な明るさ（太陽の420兆倍）が宇宙の灯台として機能し、天文学者が宇宙の再電離期における銀河間物質の状態を調査することを可能にするため、極めて重要である。
J0100+2802の観測は宇宙の幼少期を覗く窓であり、ブラックホールと銀河の共進化を研究するための実験場を提供している。このブラックホールは非常に巨大で活動的であるため、放射フィードバックの極端な事例研究として役立つ。物質が事象の地平線へと渦巻きながら落下する際に放出されるエネルギーは、ガスと塵の渦巻く円盤を作り出し、それがホスト銀河全体よりも明るく輝くため、広大な時空を超えて観測することが可能になるのである。
J0100+2802の重要性は、その記録的な指標と宇宙のタイムラインにおける位置にある：
- 質量： 約120億太陽質量。
- 光度： 太陽420兆個分に相当。
- 赤方偏移： z = 6.30（宇宙の年齢が10億年に満たなかった時代に遡る）。
- 距離： 地球から128億光年。
超巨大ブラックホールは宇宙の捕食者となり得るのか？
超巨大ブラックホールは、星形成に必要な冷たいガスを近隣の銀河から奪い去る強力な放射線を放出することで、宇宙の捕食者として振る舞う。銀河間フィードバックと呼ばれるこのプロセスでは、クエーサーが局所的な物質を「消費」すると同時に、周囲の宇宙網（コスミック・ウェブ）の生態学的バランスを乱す奔流のようなエネルギーを放出し、近隣の銀河から成長の可能性を事実上奪い取ってしまう。
従来の銀河進化モデルでは、銀河間の距離が膨大であるため、銀河は主に独立していると仮定されていた。しかし、アリゾナ大学のYongda Zhuと彼のチームは、単一の超活動的なブラックホールが少なくとも100万光年に及ぶ影響圏を行使できることを発見した。この半径内では、クエーサーの放射が星の主な燃料である分子状水素を電離状態へと分解し、重力によって崩壊して新しい恒星を形成できないようにしてしまう。
この「捕食的」な行動は、局所的な銀河生態系全体に波及効果をもたらす。地球上の環境における頂点捕食者のように、中心のクエーサーが周囲の「種」（銀河）の個体数や成長を左右するのである。近隣システムにおけるガスの冷却を妨げることで、ブラックホールはこれらの銀河が小さく未発達なままであることを決定づけ、その進化のプロセスを時期尚早に停止させてしまう。
JWSTのデータはどのようにクエーサー付近の星形成抑制を示しているのか？
JWSTのデータは、最近の星形成活動の化学的トレーサーとして機能するO III（二重電離酸素）放射の測定を通じて、抑制された星形成を明らかにしている。NIRCamおよびNIRSpecという観測機器を使用することで、研究者たちはクエーサーJ0100+2802の半径100万光年以内にある銀河が、紫外線に対して著しく弱いO III信号を示していることを観測した。これは新しい星の誕生が欠如していることを示している。
宇宙の膨張によってこれらの初期銀河からの光が赤外線スペクトルへと引き伸ばされているため、この発見にはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が不可欠であった。ハッブルのような以前の天文台には、これほど極端な距離にある電離酸素の微弱な信号を検出するための赤外線感度が不足していた。JWSTが提供する高解像度データにより、研究者たちはクエーサーの光と、研究で特定された周辺の117個の銀河の微細な特徴とを区別することができた。
興味深いことに、チームは当初、クエーサーの近くに予想よりも少ない銀河しか見えなかったため、望遠鏡が故障しているのではないかと考えた。「私たちは当惑しました」とZhuは語った。「その後、銀河は実際にはそこに存在するものの、ごく最近の星形成が抑制されていたために検出が困難であったのだと気づいたのです。」この抑制はO III放射の比率の低さによって証明されており、ブラックホールからの放射フィードバックがこれら近隣システムの冷たいガス雲にまで到達し、混乱させていることを裏付けている。
この研究を可能にした主な技術的要因は以下の通りである：
- NIRCam撮像： 初期宇宙の銀河の高解像度画像を捉えた。
- NIRSpec分光： 酸素や水素などの化学元素の精密な測定を可能にした。
- 赤外線感度： 以前の望遠鏡を阻んでいた赤方偏移の障害を克服した。
- 広視野： 100万光年の半径にわたる銀河の分布をマッピングした。
この研究の影響は、私たちの天の川銀河にも及ぶ。天文学者たちは、私たちの中心にあるブラックホール「いて座A*」も、遠い過去にクエーサーの段階を経ていた可能性が高いと考えている。J0100+2802のような古代のクエーサーが周囲にどのような影響を与えたかを理解することは、科学者が私たちの局所銀河群の歴史や、より広い宇宙網の構造をつなぎ合わせる助けとなる。
今後、アリゾナ大学のチームはこの「捕食的」な行動がすべての超巨大ブラックホールに共通する特性であるかどうかを判断するため、他のクエーサー領域にも研究を広げる計画である。もしこれらの発見が初期宇宙の複数の領域で当てはまるのであれば、科学者たちは宇宙の最初の構造がどのように形成されたかについてのシミュレーションを大幅に修正する必要があるだろう。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は今後もこれらの調査の主要なツールであり続け、時間の層を剥ぎ取り、宇宙で最も激しい天体が、今日私たちが観察する静かな銀河をいかに形作ったかを明らかにしていくだろう。
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