ユークリッドが最古のクエーサーを発見、ビッグバンから6億7000万年後の姿を捉える
ESAのユークリッド宇宙望遠鏡が、これまでで最も遠方のクエーサーを発見した。この超巨大ブラックホールを動力源とする輝く天体は、宇宙がわずか6億7000万歳の時（現在の年齢138億年の約5%）に輝いていた。
EUCL J172902.75+641018.1と名付けられたこのクエーサーは赤方偏移7.77を持ち、2021年に記録された7.64の従来記録を約1500万年上回る。その光は130億年以上かけてユークリッドの鏡に届いた。
この発見は、7月6日にAstronomy & Astrophysicsで発表された31個の新しいクエーサーの一部であり、赤方偏移7.69の2番目の記録破りと、赤方偏移7以上の12個の天体が含まれている。ユークリッド以前は、天文学者は10年以上の探索でこれらの極端な距離にあるクエーサーを約9個しか発見していなかった。ユークリッドは約1年の観測でその総数に匹敵した。
「ユークリッドチームは、宇宙の夜明けにおけるクエーサーの真の分布を初めて明らかにした」と、ESAの研究員で論文の共著者であるアントニオ・ラ・マルカ氏は述べた。
ユークリッドの発見方法
ユークリッドの独自の能力の組み合わせにより、最も初期のクエーサーを広範囲かつ高感度で探索できる最初の望遠鏡となっている。ユークリッドワイドサーベイを通じて最終的に空の3分の1以上をカバーし、大気の歪みのない鮮明な宇宙ベースの画像を使用し、最も遠方の天体からの光が宇宙の膨張によって引き伸ばされた近赤外線波長で観測する。
検出パイプラインは、機械学習をユークリッドの光学画像および近赤外線画像に適用し、高赤方偏移クエーサーを示す特徴的な「ドロップアウト」シグネチャを識別した。すばる望遠鏡のハイパー・シュプリーム・カム、ダークエネルギーサーベイ、LOFARからの補助データが探索範囲を絞り込むのに役立った。ケック天文台、マゼラン望遠鏡、大双眼望遠鏡を用いた地上分光フォローアップにより、31個のクエーサーが約30%の成功率で確認され、これは以前の探査努力よりも約10倍優れている。
「ユークリッドはまさにゲームチェンジャーだ」と、研究の主著者であるライデン大学のヤン・ダミン氏は述べた。「はるかに効率的に探索し、より暗い光を捉えることができる。クエーサーハンティングのためのユニークなツールだ。」
なぜ重要なのか
クエーサーは銀河の中心にある超巨大ブラックホールで、周囲のガスを活発に消費し、数兆個の星の光で輝いている。赤方偏移7以上でそれらを見つけることは、宇宙が最後の大きな遷移である再電離時代を経験していた時期を探ることを意味する。冷たく中性の水素が最初の星や銀河によって分解され、宇宙が初めて透明になった時代だ。
これらのクエーサーは宇宙の灯台として機能し、その時代の状況を照らし出す。しかし、より大きな疑問は、超巨大ブラックホールがどうやって7億年未満で数百万から数十億の太陽質量に達したかである。主要な理論は、巨大なガス雲の直接崩壊か、恒星質量の種からの急速な成長を提案しており、統計的に有意な初期クエーサーのサンプルがそれらを区別する鍵となる。
「これは天体物理学における最大の謎の一つだ」とヤン氏は述べた。「これらのクエーサーを発見し研究することで、これらの巨大なシステムがどのようにしてこれほど急速に形成され成長したのかをよりよく理解できる。」
初期のクエーサーの内部を垣間見る
赤方偏移7.69の2番目に遠いクエーサーは、マックス・プランク天文学研究所のシルビア・ベラディッタ氏が率いる姉妹論文で詳細に研究された。観測結果は、このクエーサーが塵にまみれたガスに富む銀河の中に埋め込まれており、猛烈な勢いで新しい星を形成していることを示しており、初期の超巨大ブラックホールの母体環境に関する初めての詳細な観測を提供している。
「発見は第一歩に過ぎない」とベラディッタ氏は述べた。「これらの天体を電磁スペクトル全体にわたって観測することで、これらのクエーサーとその母銀河の環境を特徴づけることができる。」
ユークリッドは2023年7月にSpaceXファルコン9で打ち上げられ、2024年2月に定常的な科学運用を開始した。2026年後半に予定されているデータリリース1は、これまでに生産された宇宙最大の宇宙地図となる。6年間の全サーベイでは、さらに数百の高赤方偏移クエーサーが発見され、赤方偏移8を超える最初の例も含まれる可能性がある。
「古代のクエーサーは珍しい発見だ」とESAのユークリッドプロジェクト科学者であるヴァレリア・ペットリーノ氏は述べた。「それ自体が興味深いだけでなく、初期宇宙を探求することを可能にするタイムマシンでもある。」
雅子 訳
出典： ESA, Astronomy & Astrophysics (D. Yang et al., DOI: 10.1051/0004-6361/202658883), Phys.org, Euclid Consortium