天体物理学者がWebbの新しい宇宙に首をかしげる

ホーム天体物理学者がWebbの新しい宇宙に首をかしげるコメント記事を保存後で読む共有Facebookコピー済み！リンクをコピーEメールポケットRedditYcombinatorコメントコメント記事を保存後で読む後で読む天体物理学天体物理学者がWebbの新しい宇宙に首をかしげるジェイ・ベネット 2026年7月2日予想されていなかった初期のブラックホールや銀河の観測に直面し、科学者たちはそれらを説明するための新しい理論を豊富に生み出しました。今や彼らは、どれが真実かを突き止める必要があります。コメント記事を保存後で読むクリスティーナ・アーミテージ/クォンタ・マガジンはじめにシャーロット・メイソンが宇宙の謎について考えるとき、彼女は落書きをするのが好きです。「私はかなり視覚的な人間です」と彼女は言いました。「物事がどうなっているのかを理解しようと、いつもたくさんの絵を描いています。」コペンハーゲン宇宙夜明けセンターの天体物理学者であるメイソンは最近、「小さな赤い点」でページを埋め尽くしています。これは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の画像で数百個発見された、不可解な天体です。小さな赤い点は、望遠鏡が2022年に稼働するまで見たことがありませんでした。しかし、私たちは今、ビッグバンから約6500万年後にそれらがかなりの数で現れ始めたことを知っています。これらの点は、JWSTによる初期宇宙の観測から生まれた数多くのスリリングな謎の1つにすぎません。その他には、年齢に対して信じられないほど大きいと思われるブラックホールや、ビッグバン後の最初の10億年間について私たちが知っていたことを覆すような古代の銀河があります。当初、科学者たちは驚愕しました。JWSTによって明らかにされた宇宙は、私たちの天体物理学の理解と一致しませんでした。今や、新しい理論の波が魅力的な解決策を提示していますが、どれが現実を描写しているかは未解決の問題です。最近のアイデアでは、小さな赤い点は厚いガスに包まれたブラックホールである可能性があり、これはブラックホール星と呼ばれる全く新しい種類の天体を表しているかもしれません。その密なガスの覆いが恒星の大気のように光を放出するのです。「これが私のブラックホールでしょう」とメイソンは言い、小さな円を描いて塗りつぶしました。「円盤を付けるかもしれません。放出の一部がそこから来ると考えているからです。」彼女は円の中心に線を引きました。「そして、素朴な絵は、この密なガス雲がブラックホールの周りにあるということです。」彼女は、その天体を取り囲むように、より大きな円を描きました。しかし、メイソンはこれらの宇宙の謎にはもっと多くのことがあると考えています。彼女と共同研究者は最近、小さな赤い点から放出された光のスペクトルを分析しました。もし密な雲の絵が正しければ、ガスを通過したことで一部の光が変化しているはずですが、彼らが見たのはそれではありませんでした。JWSTが初期宇宙で発見した不可解な小さな赤い点のサンプル。Jorryt Matthee提供。EIGER/FRESCOサーベイからのデータ「さて、どうすればいい？最初からやり直し。しかし、今、私がガスを塊状にするなら」とメイソンは言い、ブラックホールの周りの雲に穴のある新しい図を描きながら、「（信号が）より近くなるようなものを作れるはずです。」世界中のメイソンのような研究者たちは、JWSTが捉えた古代宇宙の断片を熱心に集めて、私たちの宇宙の始まりのより鮮明な絵を作り上げています。そして、私たちに届くために何十億光年も旅する光子のように、新しい断片が絶えず定位置に収まっています。宇宙の底なしの穴JWSTのおかげで、ブラックホールの物語はより複雑になりました。JWSTは、確立された理論では説明できないほど巨大な古代のブラックホールを次々と発見しています。ビッグバン直後、宇宙は現代に比べてほとんど特徴がなく滑らかでした。それからわずか数億年後、「私たちはすでに10億太陽質量のブラックホールが成長しているのを見ています」とプリンストン大学の天体物理学者であるジェニー・グリーンは言いました。「それらをそれほど早く大きくするには、ある種の体操が必要です。」科学者たちは、ブラックホールの大きさに影響を与える2つの主要な要因を見ています。それは、ブラックホールの「種」が起源となったときの質量と、その後それらの種がどれだけ早く成長したかです。しかし、初期宇宙の時代に太陽質量の10億倍に達するほどブラックホールがすでに大きかったか、またはそれほど早く成長したかを説明するのは困難です。現代宇宙では、巨大な星の核が燃料を使い果たして崩壊するとブラックホールが形成されます。最初の星はかなり大きかったことを考えると、それらは最大で約100太陽質量のブラックホール種を残した可能性があります、とグリーンは言いました。「私たちはそれが起こることを知っていますが、それらをそれほど早く10億まで大きくするのは本当に、本当に難しいです」と彼女は言いました。「本当に強制的に食べさせる必要があります。」科学者たちは歴史的に、ブラックホールが成長できる速度には上限があると信じてきました。物質がブラックホールに向かって落下すると、水が排水溝に流れ込むように回転しながら熱くなります。この「降着円盤」が生成する放射線は、より多くの物質が飛び込んでくるのを押し戻し、ブラックホールがそれ以上消費するのを防ぎます。エディントン限界と呼ばれるこの摂取制限は、利用可能な時間内にブラックホールが何千万倍も大きくなることを不可能にするはずです。しかし、最近のコンピュータシミュレーションでは、ブラックホールには一種の裏口がある可能性が示唆されています。降着円盤が適切な方法で膨らむと、流入するガスが放射圧を圧倒することができます。このような「スーパー・エディントン」降着は、異常な速度でのガスの流入につながります。それでも、天文学者は、最大のブラックホールを生成するのに十分なガスがあったかどうかを知りません。一部の研究者は、古代の密な星団が多くのブラックホール種を生成し、それらが急速に合体したと考えています。マーク・ベラン/クォンタ・マガジンあるいは、超大質量ブラックホールは、そもそも星から始まったわけではないのかもしれません。この場合、巨大なガス雲が直接ブラックホールに突入したでしょう。この「直接崩壊」メカニズムは、太陽質量の約10,000倍の種を形成できます。「直接崩壊の絵の問題は、それが本当にゴルディロックス条件を必要とすることです」とグリーンは言いました。直接崩壊が機能するためには、巨大な雲が、まず星を形成する小さな雲に分裂することなく、一度にブラックホールに圧縮される必要があります。これには特定のガス化学が必要であり、雲はゆっくりと回転する必要があります。「人々がコンピューターでこれを試みると、彼らはこれらの直接崩壊ブラックホールを作ることができますが、彼らが見るすべてのブラックホールを説明するのに十分な数を作ることはできません」とグリーンは言いました。これらの理論のそれぞれを支持する証拠がいくつかあります。2024年、JWSTは、ビッグバンから約15億年後のブラックホールが、エディントン限界の約40倍の速度で物質をむさぼり食っているのを目撃しました。もし宇宙の初期のブラックホールもこのように自身を詰め込んでいたなら、おそらくそれらのうち最大のものは比較的若い種から始まったのかもしれません。ビッグバン後最初の5億5000万年間に銀河が形成されるシミュレーション。左から右へのパネルは、ダークマター、ガス、星を表しています。ザック・アンダルマン/プリンストン大学しかし最近、研究者たちはビッグバンから約7億5000万年後の小さな赤い点に注目しました。この点は、前景にある銀河団によって重力的にレンズ効果を受けています。彼らは、その天体が「裸の」超大質量ブラックホールであり、太陽質量の推定5000万倍で、周囲に認識できる星がないと結論付けました。もしその質量推定が正しければ、そのブラックホールは、銀河が存在する前に、おそらく直接崩壊によって大きな種として形成された可能性があることを意味します。「ブラックホールが成長する方法には、まだ完全に理解していない違いが明らかにあります」とグリーンは言いました。「ですから、私にとって最もエキサイティングなことは、物理的に何が違うのかを理解しようとすることです。」銀河を構築する初期のブラックホールが大きすぎるように見えるのと同様に、JWSTが発見した多くの初期の銀河は明るすぎるように見えます。その理由を理解するために、研究者たちは銀河形成に関するアイデアを再評価しています。ビッグバンから約2億年後、生まれたばかりの宇宙は、現代と比較して小さく、密で、熱かったです。それが膨張して冷えるにつれて、ダークマターは科学者がハローと呼ぶ大きな塊に凝集しました。これらの塊の重力は