ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、理論では説明できない初期宇宙、あまりに速く成長するブラックホール、明るすぎる古代銀河、そして数百もの未知の神秘的な天体「小さな赤い点」を撮影し続けている。
（前回のあらすじ：宇宙に9ヶ月間閉じ込められたNASAの2人の宇宙飛行士がようやく帰還したが、後遺症に悩まされ、まるで10歳年を取ったかのようだ）
（背景補足：NASAは地球滅亡に備え、人類の重要データを月にブロックチェーンで保存する計画）
本文目次
トグル
ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）はここ数年、天体物理学の最も基本的な仮定に疑問を投げかけ続けている：それが観測する初期宇宙は、従来の理論と全く一致しない。ビッグバンから10億年も経たないうちに太陽質量の10億倍にまで成長したブラックホール、シミュレーションの予想をはるかに超える明るさの古代銀河、そして2022年にJWSTが打ち上げられるまで観測されたことのない数百もの神秘的な天体「小さな赤い点」。
Quanta Magazineが複数の天体物理学者にインタビューした報道によると、この困惑は新たな理論の波を生み出しており、ウェッブ宇宙望遠鏡が明らかにした「不可能な宇宙」を説明しようとしている。3つの謎が互いに絡み合い、現時点ではどの説明が最終的な答えか誰も確信を持って言えない。
プリンストン大学の天体物理学者Jenny Greene氏はQuanta Magazineに対し、ビッグバン後の宇宙は当初滑らかで特徴がなかったが、わずか数億年後には「太陽質量の10億倍のブラックホールが成長しているのをすでに観測している」と語った。ブラックホールの大きさは、種の大きさと成長速度に依存する。しかし、第一世代の恒星の崩壊で残る種はせいぜい太陽質量の約100倍であり、初期に10億倍に成長するには「無理やり餌を与えなければならない」。
過去にはブラックホールの成長には厳しい上限（エディントン限界）があると考えられていたが、近年のシミュレーションでは、降着円盤が特定の方法で膨張すると、ガスが放射圧を上回り、「超エディントン降着」を形成できることが示されている。2024年、JWSTはビッグバンから約15億年後のブラックホールを観測し、それが約40倍のエディントン限界で物質を飲み込んでいることがわかった。
別の理論派は、最大のブラックホールは最初から恒星起源ではなく、巨大なガス雲が直接崩壊して太陽質量の約1万倍の種になると主張する。Greene氏は「コンピューター上では直接崩壊ブラックホールを作ることはできるが、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ない」と語った。
最近の研究では、直接崩壊説に新たな証拠が加わった。ビッグバンから約7.5億年後、重力レンズで拡大された小さな赤い点が、「裸の」超大質量ブラックホールであると判定され、推定質量は太陽の5000万倍に上る。周囲には識別可能な恒星は見つからず、このブラックホールはどの銀河よりも早く巨大な種として誕生した可能性を示唆している。
Jenny Greene氏は「ブラックホールの成長方法には、我々がまだ理解していない明らかな差異が存在する」と述べた。
ブラックホールの謎が解けないまま、JWSTが発見した多くの初期銀河も同様に「明るすぎる」。Flatiron研究所の科学者Rachel Somerville氏は今年4月、デンマークのヘルシンゲルで開催された会議で最新のシミュレーションを発表した。「赤方偏移15（2.7億年）以前はあまり多くは起こらないが、赤方偏移9（5.5億年）では美しい銀河が形成される。」しかしJWSTが見つけた最も古い銀河はビッグバンからわずか約2.8億年後に存在しており、シミュレーションのタイムラインを大幅に上回っている。
理論家たちは複数の説明を提案している。初期銀河がガスを恒星に変換する効率がより高かった可能性、恒星形成が断続的なバーストで進行した可能性、初期環境が極めて高光度の恒星を好んだ可能性などだ。Somerville氏は苦笑しながら「ほとんど、初期銀河が多すぎて説明できない状態から、説明する理論が多すぎる状態に変わった」と語った。
MIRI装置はさらに、初期銀河の性質に極めて大きな差異があることを発見した。ソルボンヌ大学のHakim Atek氏はQuanta Magazineに「一部の銀河はすべてのガスと塵を払いのけたように、裸の恒星だけが見える。別の銀河は大量のガスで満たされている」と語った。
これは恒星形成が次々と起こる爆発のサイクルである可能性を示唆しており、また窒素含有量が異常に高い銀河の一群は、初期宇宙に特に巨大な恒星が大量に存在したことを示唆している。
中でも、小さな赤い点は最も不可解な謎かもしれない。
コペンハーゲンのCosmic Dawn Centerの天体物理学者Charlotte Mason氏は、落書きで宇宙の謎を理解する習慣があり、最近のノートには小さな赤い点がびっしり描かれている。この天体はビッグバンから約6.5億年後から大量に現れ始め、それ以前は観測されたことがなかった。
最新の考えでは、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り、まったく新しい天体「ブラックホール恒星」を表す可能性がある。密なガスの外殻が恒星の大気のように光っている。Mason氏は小さな赤い点のスペクトルを分析したが、理論上は高密度のガス雲が特定の光の変化を引き起こすはずだが、それは見られなかった。
彼女はQuanta Magazineに率直に語った。「ではどうする？やり直しだ。もしガスを塊状にして、ブラックホールの周りに穴を開けるようにすれば、より近い信号が得られるはずだ。」
3つの謎が重なり合い、証拠は実際には互いに矛盾している。2024年のあの40倍エディントン限界で暴食するブラックホールは「小さな種＋超エディントン降着」を支持する。しかし、あの5000万倍太陽質量の「裸の」ブラックホールは逆に「大きな種＋直接崩壊」を支持する。
銀河の側でも、MIRIの多様性はすべての初期銀河に単一のシナリオが当てはまらないことを示している。Greene氏の言葉が最も適切かもしれない。差異は明らかに存在し、単一の標準的な答えではない。
良いニュースは、ツールが進歩していることだ。Somerville氏は数値シミュレーションに「非常に顕著な進展」があり、高赤方偏移宇宙の解釈により多くの情報を提供できると述べた。Atek氏は、観測された銀河をシミュレーションの最良の類似体とペアリングすることで、恒星形成の全歴史を逆推定できると述べた。
さらに先を見ると、銀河とブラックホールの放射が中性水素の海を電離させ、宇宙の暗黒時代の終わりを告げる。第一世代の恒星は燃料を急速に燃やし尽くし、超新星爆発を起こして、炭素、窒素、酸素、リン、鉄などの新元素、すなわち惑星と生命の原料をまき散らす。Cosmic Dawn Centerの天体物理学者Lise Christensen氏は率直に言う。「私たちは、私たちを創造したものを振り返っているのです。」人類が初めて、自分たちがどこから来たのかを実際に見る機会を得るかもしれない。
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ウェッブ宇宙望遠鏡が「存在してはならない宇宙」を捉えた：ブラックホールは桁外れに大きく、銀河は不気味に明るい、ビッグバン理論は間違っていた？
ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、理論では説明できない初期宇宙、あまりに速く成長するブラックホール、明るすぎる古代銀河、そして数百もの未知の神秘的な天体「小さな赤い点」を撮影し続けている。
（前回のあらすじ：宇宙に9ヶ月間閉じ込められたNASAの2人の宇宙飛行士がようやく帰還したが、後遺症に悩まされ、まるで10歳年を取ったかのようだ）
（背景補足：NASAは地球滅亡に備え、人類の重要データを月にブロックチェーンで保存する計画）
本文目次
トグル
ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）はここ数年、天体物理学の最も基本的な仮定に疑問を投げかけ続けている：それが観測する初期宇宙は、従来の理論と全く一致しない。ビッグバンから10億年も経たないうちに太陽質量の10億倍にまで成長したブラックホール、シミュレーションの予想をはるかに超える明るさの古代銀河、そして2022年にJWSTが打ち上げられるまで観測されたことのない数百もの神秘的な天体「小さな赤い点」。
Quanta Magazineが複数の天体物理学者にインタビューした報道によると、この困惑は新たな理論の波を生み出しており、ウェッブ宇宙望遠鏡が明らかにした「不可能な宇宙」を説明しようとしている。3つの謎が互いに絡み合い、現時点ではどの説明が最終的な答えか誰も確信を持って言えない。
太陽質量の10億倍のブラックホール
プリンストン大学の天体物理学者Jenny Greene氏はQuanta Magazineに対し、ビッグバン後の宇宙は当初滑らかで特徴がなかったが、わずか数億年後には「太陽質量の10億倍のブラックホールが成長しているのをすでに観測している」と語った。ブラックホールの大きさは、種の大きさと成長速度に依存する。しかし、第一世代の恒星の崩壊で残る種はせいぜい太陽質量の約100倍であり、初期に10億倍に成長するには「無理やり餌を与えなければならない」。
過去にはブラックホールの成長には厳しい上限（エディントン限界）があると考えられていたが、近年のシミュレーションでは、降着円盤が特定の方法で膨張すると、ガスが放射圧を上回り、「超エディントン降着」を形成できることが示されている。2024年、JWSTはビッグバンから約15億年後のブラックホールを観測し、それが約40倍のエディントン限界で物質を飲み込んでいることがわかった。
別の理論派は、最大のブラックホールは最初から恒星起源ではなく、巨大なガス雲が直接崩壊して太陽質量の約1万倍の種になると主張する。Greene氏は「コンピューター上では直接崩壊ブラックホールを作ることはできるが、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ない」と語った。
最近の研究では、直接崩壊説に新たな証拠が加わった。ビッグバンから約7.5億年後、重力レンズで拡大された小さな赤い点が、「裸の」超大質量ブラックホールであると判定され、推定質量は太陽の5000万倍に上る。周囲には識別可能な恒星は見つからず、このブラックホールはどの銀河よりも早く巨大な種として誕生した可能性を示唆している。
Jenny Greene氏は「ブラックホールの成長方法には、我々がまだ理解していない明らかな差異が存在する」と述べた。
銀河は成長が速すぎるだけでなく、不合理なほど明るい
ブラックホールの謎が解けないまま、JWSTが発見した多くの初期銀河も同様に「明るすぎる」。Flatiron研究所の科学者Rachel Somerville氏は今年4月、デンマークのヘルシンゲルで開催された会議で最新のシミュレーションを発表した。「赤方偏移15（2.7億年）以前はあまり多くは起こらないが、赤方偏移9（5.5億年）では美しい銀河が形成される。」しかしJWSTが見つけた最も古い銀河はビッグバンからわずか約2.8億年後に存在しており、シミュレーションのタイムラインを大幅に上回っている。
理論家たちは複数の説明を提案している。初期銀河がガスを恒星に変換する効率がより高かった可能性、恒星形成が断続的なバーストで進行した可能性、初期環境が極めて高光度の恒星を好んだ可能性などだ。Somerville氏は苦笑しながら「ほとんど、初期銀河が多すぎて説明できない状態から、説明する理論が多すぎる状態に変わった」と語った。
MIRI装置はさらに、初期銀河の性質に極めて大きな差異があることを発見した。ソルボンヌ大学のHakim Atek氏はQuanta Magazineに「一部の銀河はすべてのガスと塵を払いのけたように、裸の恒星だけが見える。別の銀河は大量のガスで満たされている」と語った。
これは恒星形成が次々と起こる爆発のサイクルである可能性を示唆しており、また窒素含有量が異常に高い銀河の一群は、初期宇宙に特に巨大な恒星が大量に存在したことを示唆している。
小さな赤い点：ガスに包まれた「ブラックホール恒星」？
中でも、小さな赤い点は最も不可解な謎かもしれない。
コペンハーゲンのCosmic Dawn Centerの天体物理学者Charlotte Mason氏は、落書きで宇宙の謎を理解する習慣があり、最近のノートには小さな赤い点がびっしり描かれている。この天体はビッグバンから約6.5億年後から大量に現れ始め、それ以前は観測されたことがなかった。
最新の考えでは、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り、まったく新しい天体「ブラックホール恒星」を表す可能性がある。密なガスの外殻が恒星の大気のように光っている。Mason氏は小さな赤い点のスペクトルを分析したが、理論上は高密度のガス雲が特定の光の変化を引き起こすはずだが、それは見られなかった。
彼女はQuanta Magazineに率直に語った。「ではどうする？やり直しだ。もしガスを塊状にして、ブラックホールの周りに穴を開けるようにすれば、より近い信号が得られるはずだ。」
証拠が矛盾し、理論の選択肢が多すぎる
3つの謎が重なり合い、証拠は実際には互いに矛盾している。2024年のあの40倍エディントン限界で暴食するブラックホールは「小さな種＋超エディントン降着」を支持する。しかし、あの5000万倍太陽質量の「裸の」ブラックホールは逆に「大きな種＋直接崩壊」を支持する。
銀河の側でも、MIRIの多様性はすべての初期銀河に単一のシナリオが当てはまらないことを示している。Greene氏の言葉が最も適切かもしれない。差異は明らかに存在し、単一の標準的な答えではない。
良いニュースは、ツールが進歩していることだ。Somerville氏は数値シミュレーションに「非常に顕著な進展」があり、高赤方偏移宇宙の解釈により多くの情報を提供できると述べた。Atek氏は、観測された銀河をシミュレーションの最良の類似体とペアリングすることで、恒星形成の全歴史を逆推定できると述べた。
さらに先を見ると、銀河とブラックホールの放射が中性水素の海を電離させ、宇宙の暗黒時代の終わりを告げる。第一世代の恒星は燃料を急速に燃やし尽くし、超新星爆発を起こして、炭素、窒素、酸素、リン、鉄などの新元素、すなわち惑星と生命の原料をまき散らす。Cosmic Dawn Centerの天体物理学者Lise Christensen氏は率直に言う。「私たちは、私たちを創造したものを振り返っているのです。」人類が初めて、自分たちがどこから来たのかを実際に見る機会を得るかもしれない。