50万個の超大質量ブラックホールの全天マップ

ブラックホールマッパーが、南半球初の光学観測、協調的なeROSITA X線同定、そして宇宙全体にわたる降着ブラックホールの多期間追跡によりマイルストーンを達成しました。APACHE POINT OBSERVATORY, NM & LAS CAMPANAS OBSERVATORY, CHILE — Sloan Digital Sky Survey（SDSS）は、降着する超大質量ブラックホール（SMBH）の研究における画期的な拡大を示すデータリリース20（DR20）を発表しました。第5世代サーベイ（SDSS-V）の一部であるブラックホールマッパー（BHM）プログラムは、宇宙の時間を通じたクエーサーと活動銀河核（AGN）の質量、成長、物理学に関する前例のない洞察を提供しています。 DR20は、チリのラスカンパナス天文台（LCO）で収集された南半球初のBOSS光学スペクトルと、ニューメキシコ州のアパッチポイント天文台（APO）からの拡張観測を提供します。合計で、DR20は50万個の銀河と150万個の星にわたる330万以上の光学スペクトルをリリースし、宇宙ベースの天文台との連携による多波長での発見を可能にします。 eROSITAによる高エネルギー宇宙の解明 ブラックホールマッパーのDR20における主要なハイライトの1つは、SPIDERS（SPectroscopic IDentification of ERosita Sources）です。SDSSの光学分光観測とeROSITAミッションからのX線空マップをペアリングすることにより、SPIDERSは約20万のX線ターゲットに対して光学同定と正確な距離測定（赤方偏移）を提供します。これは、これまでで最大かつ最も均一なX線源の分光追跡です。SPIDERSは数万のX線放射銀河団と高エネルギー星系を捉えますが、これらの高エネルギー信号の大多数は、活動銀河核（AGN）またはクエーサーとして知られる、活発に降着している超大質量ブラックホールです。 宇宙構造とブラックホール人口統計のマッピング X線放射はビーコンとして機能し、天文学者はこれらの巨大ブラックホールの中心エンジンを直接覗き込み、それらを囲む高温X線コロナをプローブすることができます。「X線光度関数」を測定すること、つまり、異なる出力レベルと宇宙時代にわたって存在するブラックホールの数を追跡する国勢調査によって、科学者は宇宙の近傍から初期宇宙の「宇宙の夜明け」に近い赤方偏移6まで、超大質量ブラックホールの成長を追跡できます。SDSSとeROSITAの広範囲の空カバレッジの組み合わせのおかげで、この新しいデータセットは、最も希少で最も明るいクエーサーに対してこれまでで最も厳密な制約を提供します。このサーベイは、以前の予想よりも、初期宇宙に多くの巨大ブラックホールが存在し、高赤方偏移で最も明るいAGNの空間密度が高いことを明らかにしています。これは、急速に成長する巨大ブラックホールが初期宇宙では驚くほど一般的であったことを示しています。より多くの「隠された」ブラックホールが発見されており、従来の光学および紫外線空サーベイでは、特に低光度および極端な距離にある降着ブラックホールのかなりの割合が見落とされています。また、時間を通じたブラックホール成長の総蓄積量を計算した結果、軟X線で選択されたブラックホールは、局所宇宙における全ブラックホール質量の少数派に過ぎないことがわかりました。これは、全超大質量ブラックホール成長の70％から90％が、重い塵とガスのベールの後ろで、あるいはX線さえも抑制された段階で発生したことを示唆しています。 「このリリースは、ドイツのeROSITAコンソーシアムとスローン・デジタル・スカイ・サーベイの間で10年以上にわたる共同計画と科学的交流の集大成です」と、eROSITA主任研究員でありBHMサーベイ科学者のアンドレア・メルローニ博士は述べています。「DR20により、X線と光学分光データを組み合わせることが天体物理学における新しく独創的な科学的視点を開くことを示すだけでなく、大規模で国際的かつ多様な協力が共通の目標に向かって長年効果的に協力できることも証明しています。」 時間を通じたクエーサーの内部構造の探求 超大質量ブラックホール自体は、直接画像化するには遠すぎたりコンパクトすぎたりするため、BHMは複数の時間領域サブプログラムにわたるクエーサーの特徴的な変動性を活用しています。BHMリバーブレーションマッピング（RM）プログラムは、数日から数年にわたる時間スケールでターゲットクエーサーフィールドの迅速で繰り返し的なスペクトルをキャプチャすることにより、中心降着円盤から放出される光と周囲の広線領域との間の時間遅延を測定します。これにより、広範囲の赤方偏移にわたるブラックホール質量の直接的かつ幾何学的な測定が可能になります。SDSS-Vオールクエーサー多期間分光（AQMES）プログラムは、繰り返しエポックにわたる数万のクエーサーを監視し、動的な変化、降着ガス流出、連星超大質量ブラックホール候補、および状態遷移する劇的な「変化する顔」クエーサーを追跡します。DSS-Vは、自然が以前考えられていたよりもワイルドであることを再び示しており、スペクトルが到着したとき、そのうちのいくつかは、長年開発された標準的な自動分析パイプラインを破るほどの巨大な多様性を持っていました。チームはスペクトルを目視で検査する必要があり、その努力はDR20の一部としてリリースされています。「これらの奇妙なものを見て、それらをどう扱うかを学ぶチームの一員になれて楽しかったです！これは最終的なSDSS-V/DR22をさらに素晴らしいものにするでしょう」と、MPEのシニアサイエンティストであり、eROSITA/SDSS-Vコラボレーションコーディネーターの1人であるマーラ・サルバト博士は述べています。「SDSSは、eROSITAのような他の大規模で多波長のサーベイとも連携して、活発な超大質量ブラックホールについて、その（時には驚くべき）莫大な、時間変動する光度を通じて、電磁スペクトルの大部分にわたって、さらに学ぶための魅力的で広くアクセス可能なリソースであり続けています」と、BHMプログラム責任者のスコット・アンダーソン博士は振り返りました。「エキサイティングな研究が登場し、それらがしばしば国際的に主導され、若手研究者によっても主導されているのを見るのは刺激的です。」 両半球にわたるロボットによる精度 この運用上の飛躍は、APOのスローン財団2.5m望遠鏡とLCOのデュポン2.5m望遠鏡の両方に設置されたSDSS-Vのロボット焦点面システム（FPS）によって可能になっています。これらの自動位置決めロボットは、高スループットBOSS分光器に供給するための光ファイバーを迅速に構成し、多天体観測率を大幅に加速し、動的なターゲットオブオポチュニティ（ToO）観測モードを可能にします。 グローバル科学コミュニティのためのオープンデータアクセス スローン・デジタル・スカイ・サーベイの四半世紀の遺産に沿って、DR20ブラックホールマッパーのすべてのデータ製品は、研究者、教育者、および世界中の一般の人々が自由に利用できます。サイエンスアーカイブサーバー（SAS）およびカタログアーカイブサーバー（CAS）を通じて、好奇心旺盛な人々は、SciServer ComputeおよびSQLクエリを介して、スペクトル、表形式データ、およびeROSITA対応カタログにアクセスできます。SDSS Zora & Valis Webインターフェイスを使用すると、ユーザーはターゲットメタデータを対話的に検索し、スペクトルマスクを検査し、観測スペクトルを理論モデルと比較することができます。DR20の一部として、専用のAGNフィッティングVAC、視覚検査カタログ、および多波長分析をガイドするステップバイステップのJupyter Notebookチュートリアルを含む、一連の付加価値カタログ（VAC）とチュートリアルも提供されています。DR20データとツールはwww.sdss.org/dr20でオンラインでご覧いただけます。「クエーサーが変動することは長い間知られており、それらの変動性を複数の周波数にわたって大規模に使用して、ブラックホールが宇宙の時間を通じてどのように成長し進化するかをさらに学ぶことができる段階にあることは非常にエキサイティングです」とSDSS-Vディレクターのジューナ・コルメイヤーは述べています。「組み合わせ