宇宙誕生9億年後のクエーサーペア、Webbが発見

これまでに見つかった最古のクエーサーペアとは何か

J1602+4228AB(愛称Nāpōwawāʻenakaulua)という、ビッグバンのわずか9億年後に見える、活発に物質を取り込む超大質量ブラックホールのペアで、2026年11月10日に発表されました^[1][2]。NSF NOIRLabは、これまでに見つかった中で最も遠く、したがって最も古いコンパクトなクエーサーペアであり、「宇宙の夜明け」と呼ばれる初期宇宙の時代に見つかったペアの中で最もコンパクトだと説明しています^[2]。

クエーサーとは、非常に速く物質を取り込んでいる超大質量ブラックホールで、周囲のガスが母銀河の全恒星より明るく輝いています^[2]。銀河どうしの衝突や合体は、ブラックホールにガスや星を供給するため、ペアの存在は予想されています。しかし、近接したペアを分離するのは難しく、NOIRLabによると、暗いほうの伴星はあまりに近く暗いため、地上からの観測は「ほぼ不可能なはずだった」とされています^[2]。

この研究はNSF NOIRLabのポスドク研究員Silvia Onorato氏が率いたもので、The Astrophysical Journal Lettersに掲載されました^[1][2]。以前の版は、査読中のプレプリントとして2026年9月25日にarXivに投稿されていました^[3]。NOIRLabによると、宇宙の夜明けの時代で知られているクエーサーペアは、これが3組目にすぎません^[2]。

なぜこの時代が重要なのでしょうか。NOIRLabは、最初の10億年を、ダークマターのハローが崩壊し、銀河が最初の星に火をともし、その中心で最初の超大質量ブラックホールが形成された、猛烈な組み立ての時期だと説明しています^[2]。Space.comは、クエーサーが輝くのは、ブラックホールを取り巻く平たい降着円盤のガスが摩擦で熱せられて光るためで、しばしば周囲の銀河の全恒星を合わせたよりも明るくなると伝えています^[4]。これほど早い時期に、そうした2つのエンジンが並んでいる姿は、銀河の衝突がブラックホールの成長をどのように促したかを知る、貴重な手がかりになります^[2]。

2つのブラックホールの大きさはどのくらいか

太陽の質量の約15億倍と4億倍です^[1][2]。論文では、ブラックホールの質量はおよそ1.5 × 10^9太陽質量と4.0 × 10^8太陽質量とされており、どちらも理論上のエディントン限界(放射圧と重力がつり合う点)の前後か、わずかに上回る率で物質を取り込んでいます(エディントン比は約1.23と1.07)^[3]。

比較のために挙げると、Universe Magazineは、天の川銀河の中心にあるブラックホールのいて座A*が約400万太陽質量であるため、このペアの大きいほうはその300倍以上の質量があると伝えています^[5]。

2つのクエーサーは約18,100光年離れており、これは天の川銀河の直径のおよそ5分の1にあたります^[2]。空の上での角距離はわずか0.98秒角で、赤方偏移は約6.078とほぼ同じ値で、速度差は毎秒約15キロメートルです^[3]。

Onorato氏は、このペアが見えているのは宇宙が「今の年齢のわずか13分の1」だったときで、そのブラックホールが今日見られるものとほぼ同じ質量であることは驚くべきことだと述べています^[2]。

なぜ科学者はこのクエーサーペアを説明できないのか

これほど巨大なブラックホールが成長するには、その時点の宇宙の年齢よりも長い時間が必要なはずだからです^[2][4]。Onorato氏は、2つはおろか、こうした巨大クエーサーが1つでもこれほど早い時期に存在できた理由について、「決定的な理論的説明はない」と述べています^[2]。

Space.comは、現在のモデルでは、ブラックホールが数百万から数十億太陽質量に達するには、少なくとも10億年にわたる物質の取り込みと合体が必要だと説明しています^[4]。Universe Magazineは、その物理を補足しています。物質はどんな速さでも落ち込めるわけではありません。熱せられたガスが放射を出して周囲の物質を押しのけるためです。恒星の残骸を種として太陽10億個分に達するには、ビッグバン以来ほぼ全期間にわたって、ほぼ最大の速さで物質を取り込み続ける必要があります^[5]。

研究論文はまた、これほど近接したペアが、初期のクエーサーの集まり方の測定から予想されるよりも、およそ100倍から1,000倍も多いことを見いだしています^[3]。著者らは、これが合体によって生まれたクエーサーペアの隠れた集団、あるいは異常に密度の高い環境の存在を示唆していると述べています^[3]。

天文学者はこれまでにも、初期宇宙で急成長する単独のブラックホールを見つけてきました。2つが並んで見つかったことで、謎はいっそう難しくなります^[4][5]。今月のもうひとつのブラックホールに関する成果については、「M87 Black Hole Image Confirmed: What the New Study Shows」をご覧ください。

WebbとGeminiはどのようにクエーサーペアを見つけたのか

Webbが観測データの中で2つ目のクエーサーを見つけ、Gemini Northが地上から2つを分離して捉えました^[2]。NOIRLabの説明による手順は次のとおりです^[2]。

1. サーベイ:NSF NOIRLab/GeminiのEmanuele Paolo Farina氏が率いるJWSTのプログラムであるAether観測では、Webbの近赤外線分光器の面分光ユニットを使って200個のクエーサーを観測しました。これはこの時代に知られているクエーサー全体の43%にあたります。
2. 発見:データを目視で点検していたとき、チームはクエーサーJ1602+4228Aに伴星があることに気づきました。
3. 分離:ハワイのマウナケアにあるGemini Northの近赤外線分光器(GNIRS)が、2つのクエーサーを個別に分離して捉えました。暗いほうのJ1602+4228Bはあまりに近く暗いため、地上からの観測はほぼ不可能なはずでした。
4. 確認:重力レンズが1つのクエーサーの2つ目の像をつくっていないかを調べるために、Gemini多天体分光器(GMOS)が使われました。

Onorato氏によると、マウナケア上空の空は「とても澄んでいてシャープ」だったため、チームはわずか2晩でデータを集められました^[2]。Gemini Northは、米国国立科学財団(NSF)が主導し、カナダ、チリ、ブラジル、アルゼンチン、大韓民国が参加する国際Gemini天文台の一部です^[2]。

1つのクエーサーが2つに見えているだけの可能性はあるのか

可能性はありますが、チームはそうではないと考えています。完全に除外するには、レンズモデルがまだ必要です^[2][5]。私たちとクエーサーの間にある巨大な銀河は、クエーサーの光を曲げて複数の像にすることがあります。そのようなコピーは同じスペクトルの形になります^[5]。

• 本物のペアを支持する証拠:GMOSのスペクトルでは、2つのクエーサーのスペクトルの形に違いが見られ、チームは物理的に実在するペアだと考えるようになりました^[2]。
• 残る疑問:NOIRLabは、重力レンズを確実に除外するにはレンズモデルが必要だと述べています^[2]。論文の要旨は、この天体を再電離期における「これまで知られている中で最もコンパクトなクエーサーペアの候補」と表現しています^[3]。

天文学者が「驚愕している」といった見出しを読むときには、この慎重さが重要です^[4]。結果は発表され査読を受けていますが、2つの別々のブラックホールだという解釈は、チームが有力とみる見方であり、まだ確実ではありません^[1][2]。

Nāpōwawāʻenakaulua という名前は何を意味するのか

「熱の輝きの中で、宇宙にエネルギーを生まれ変わらせる、底知れず強大な闇をもつ2つの天体」という意味です^[2]。この名前は、ハワイのʻImiloa Astronomy Centerと、ハワイ大学のKa Haka ʻUla O Keʻelikōlaniハワイ語学部によるA Hua He Inoaプログラムがつけました^[2]。

NOIRLabによると、この名前はLarry Kimura氏が考案したもので、次の要素を組み合わせています^[2]。

• Nā:複数を表す語。
• Pō:底知れず強大な闇。ブラックホールを表す。
• Wawā:生まれ変わり、または生み出すこと。
• ʻEna:熱の輝き。落ち込む物質からの放射を表す。
• Kaulua:二重、またはペア。

この名前は、同じプログラムによる2つの先行する名前を思わせます。2019年に撮影された最初のブラックホール画像のPōwehiと、2020年に発見されたとき最も遠いクエーサーだったPōniuāʻenaです^[2]。

このクエーサーペアの今後はどうなるのか

レンズモデルの構築と、このペアを取り巻いているかもしれない銀河の探索です^[2][5]。チームは、Nāpōwawāʻenakaulua が初期宇宙における物質密度の極端なピークを示している可能性を提案しています。そこでは銀河どうしの相互作用が、星形成と急速なブラックホール成長の両方を促していたと考えられます^[2]。

それが正しければ、このペアの周囲にほかの銀河が集まっているはずなので、その周辺の集団を探すことが次の検証になるとUniverse Magazineは伝えています^[5]。Onorato氏は、このシステムを、最初の巨大銀河とその中心のブラックホールがどのように形成されたかを調べるための「実験室」と呼んでいます^[2]。

このペアは、200個の初期クエーサーを対象にしたAetherのサンプルで見つかりました^[2]。論文は、クエーサーの集まり方から見たこのペアの希少さを、合体で生まれたペアか、密度の高い環境の存在を示すヒントと読み解いています^[3]。大規模な天体サーベイが希少な天体をどう見つけるかについては、「Euclid Telescope Data Release: What ESA's New Map Shows」をご覧ください。