今回の研究では、すばる望遠鏡とジェミニ北望遠鏡を用いた観測により、合体中の2つの巨大ブラックホール（クエーサー）を発見しています。
このクエーサーのペアは、これまでに知られている中で最も遠方に位置するもの。
それだけでなく、“宇宙の夜明け”と呼ばれる時代でその存在が初めて確認された合体中の巨大ブラックホールになるようです。
宇宙の夜明けの時代
138憶年前のこと、生まれたばかりの宇宙は電子や陽子、ニュートリノが密集して飛び交う高温のスープのような場所で、電離した状態にありました。
でも、宇宙が膨張し冷えるにしたがって、電子と陽子は結びつき電気的に中性な水素が作られます。
この時代には、光を放つ天体はまだ生まれていなかったので“宇宙の暗黒時代”と呼ばれています。
その後、数億年が経過した頃に宇宙最初の星“初代星（ファーストスター）”や、最初の銀河“初代銀河”が誕生し、それらが放つ紫外線により水素が再び電離されていくんですねー
これにより、宇宙に広がっていた中性水素の“霧”が電離（宇宙の再電離）されて晴れていきます。
この誕生直後の真っ暗な状態から、続々と天体が誕生し宇宙に光がともされる時代のことを“宇宙の夜明け”と言います。
この宇宙の夜明けの時代は、138億年の宇宙の歴史の中でまだ探査されていない最後のフロンティアで、天文学者の大きな関心を集めています。
特に初代銀河がいつ頃形成し、どのような性質を持っていたのかは分かっておらず、現代の天文学の大きな謎になっていました。
129億光年彼方で合体を起こしているクエーサーのペア
宇宙の夜明けの時代に、銀河とその中心に位置する超大質量ブラックホールはどのように進化したのでしょうか？
そして、それは再電離の進行に、どう影響したのでしょうか？
天文学におけるこの大きな謎を解き明かすため、すばる望遠鏡の超広視野主焦点カメラ“HSC（Hyper Suprime-cam）”による大規模サーベイ“すばるHSC戦略枠観測プログラム（HSC-SSP）”によって、超遠方宇宙でのクエーサー探しが行われました。
クエーサーは、銀河中心にある超大質量ブラックホールに物質が落ち込む過程で生み出される莫大なエネルギーによって輝く天体です。
明るく輝いているので、これまでに約200個の超遠方クエーサーが発見されて来ました。
でも、“HCC-SSP”以外の発見を含めても、これまでにペアになっているクエーサーは見つかっていませんでした。
でも、研究チームが“HSC-SSP”の画像を目視で見直していると、思いもよらない発見に出くわすんですねー
それは、クエーサー候補の画像をスクリーニングしているときでした。
とても赤く、似通っている２つの天体が隣り合っているのに気付いたそうです。
この発見は、まったくの偶然によるもの。
極めて珍しいペアなので、“HSC-SSP”ほどの深さと広さを兼ね備えたデータだからこそ写っていたと言えます。
研究チームは、このペアが本当にクエーサーかどうかを確認するため、すばる望遠鏡の微光天体分光撮像装置“FOCAS”とジェミニ北望遠鏡の赤外線分光器“GNIRS”を用いて追観測を実施。
その結果、“FOCAS”で検出したライマンアルファ輝線から、2つの天体が129億光年彼方に位置するクエーサーだと判明します。
また、2つの巨大ブラックホールが、ほとんど同じ質量を持つ“双子”ということも明らかになりました。
さらに、2つのクエーサーをつなぐガスの構造も検出されたことで、研究チームでは両者の合体が起こっていると推測しています。
予測されながらも長い間見つかってこなかった、“宇宙の夜明け”に存在する合体中のクエーサーが、今回初めて確認されました。
さらに、アルマ望遠鏡による追観測からは、周囲のガスが非常に興味深い構造をしていることも明らかになっています。
衝突と合体を繰り返しながら銀河は成長していきます。
今回の発見は、その中で超大質量ブラックホールが、どのように進化するのかを知るために重要なものと言えます。
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このクエーサーのペアは、これまでに知られている中で最も遠方に位置するもの。
それだけでなく、“宇宙の夜明け”と呼ばれる時代でその存在が初めて確認された合体中の巨大ブラックホールになるようです。
この研究は、東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構（Kavli IPMU, WPI）の尾上匡房特任研究員とJohn Silverman教授が参加する愛媛大学、国立天文台などの研究者からなる研究チームが進めています。
本研究の成果は、2024年4月10日付のアメリカの天体物理学専門誌“The Astrophysical Journal Letter”に、“Discovery of Merging Twin Quasars at z=6.05”として掲載されました。
本研究の成果は、2024年4月10日付のアメリカの天体物理学専門誌“The Astrophysical Journal Letter”に、“Discovery of Merging Twin Quasars at z=6.05”として掲載されました。
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| 図1．すばる望遠鏡によって129億光年彼方の宇宙で発見された双子の超大質量ブラックホール“HSC J121503.42-014858.7（C1）”と“HSC J121503.55-014859.3（C2）”。（Credit: NOIRLab/NSF/AURA/T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), D. de Martin (NSF NOIRLab) & M. Zamani (NSF NOIRLab)） |
宇宙の夜明けの時代
138憶年前のこと、生まれたばかりの宇宙は電子や陽子、ニュートリノが密集して飛び交う高温のスープのような場所で、電離した状態にありました。
でも、宇宙が膨張し冷えるにしたがって、電子と陽子は結びつき電気的に中性な水素が作られます。
この時代には、光を放つ天体はまだ生まれていなかったので“宇宙の暗黒時代”と呼ばれています。
その後、数億年が経過した頃に宇宙最初の星“初代星（ファーストスター）”や、最初の銀河“初代銀河”が誕生し、それらが放つ紫外線により水素が再び電離されていくんですねー
これにより、宇宙に広がっていた中性水素の“霧”が電離（宇宙の再電離）されて晴れていきます。
この誕生直後の真っ暗な状態から、続々と天体が誕生し宇宙に光がともされる時代のことを“宇宙の夜明け”と言います。
この宇宙の夜明けの時代は、138億年の宇宙の歴史の中でまだ探査されていない最後のフロンティアで、天文学者の大きな関心を集めています。
特に初代銀河がいつ頃形成し、どのような性質を持っていたのかは分かっておらず、現代の天文学の大きな謎になっていました。
129億光年彼方で合体を起こしているクエーサーのペア
宇宙の夜明けの時代に、銀河とその中心に位置する超大質量ブラックホールはどのように進化したのでしょうか？
そして、それは再電離の進行に、どう影響したのでしょうか？
天文学におけるこの大きな謎を解き明かすため、すばる望遠鏡の超広視野主焦点カメラ“HSC（Hyper Suprime-cam）”による大規模サーベイ“すばるHSC戦略枠観測プログラム（HSC-SSP）”によって、超遠方宇宙でのクエーサー探しが行われました。
クエーサーは、銀河中心にある超大質量ブラックホールに物質が落ち込む過程で生み出される莫大なエネルギーによって輝く天体です。
明るく輝いているので、これまでに約200個の超遠方クエーサーが発見されて来ました。
でも、“HCC-SSP”以外の発見を含めても、これまでにペアになっているクエーサーは見つかっていませんでした。
でも、研究チームが“HSC-SSP”の画像を目視で見直していると、思いもよらない発見に出くわすんですねー
それは、クエーサー候補の画像をスクリーニングしているときでした。
とても赤く、似通っている２つの天体が隣り合っているのに気付いたそうです。
この発見は、まったくの偶然によるもの。
極めて珍しいペアなので、“HSC-SSP”ほどの深さと広さを兼ね備えたデータだからこそ写っていたと言えます。
研究チームは、このペアが本当にクエーサーかどうかを確認するため、すばる望遠鏡の微光天体分光撮像装置“FOCAS”とジェミニ北望遠鏡の赤外線分光器“GNIRS”を用いて追観測を実施。
その結果、“FOCAS”で検出したライマンアルファ輝線から、2つの天体が129億光年彼方に位置するクエーサーだと判明します。
また、2つの巨大ブラックホールが、ほとんど同じ質量を持つ“双子”ということも明らかになりました。
さらに、2つのクエーサーをつなぐガスの構造も検出されたことで、研究チームでは両者の合体が起こっていると推測しています。
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| 図2．宇宙の夜明けに合体する双子の超大質量ブラックホールのイメージ図。（Credit: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick） |
さらに、アルマ望遠鏡による追観測からは、周囲のガスが非常に興味深い構造をしていることも明らかになっています。
衝突と合体を繰り返しながら銀河は成長していきます。
今回の発見は、その中で超大質量ブラックホールが、どのように進化するのかを知るために重要なものと言えます。
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