輝きは「十億個の太陽」に迫る！ウェッブ望遠鏡が謎の「赤い点」を捉え、新天体「ブラックホール恒星」が宇宙起源説に挑む

ウェッブ宇宙望遠鏡は2022年、正体不明の「小さな赤点」の集団をとらえた。いずれも数十億個の太陽に匹敵する明るさを示し、見かけは成熟銀河に近い。ところが出現時代は「若すぎる」宇宙で、本来そこまで成長した銀河は存在しないはずだ。

英紙​『フィナンシャル・タイムズ』が10月1日に報じた最新研究は、これらが銀河ではなく「ブラックホール恒星」と呼ばれる全く新しい天体である可能性を指摘する。超大質量ブラックホールが水素ガス雲を抱き込み、その周囲が強い放射で光って見えるという。仮説が正しければ、「ブラックホールが先か、恒星と銀河が先か」という宇宙起源をめぐる通説に直接挑むことになる。

宇宙における古の「神秘的な赤点」

2021年に打ち上げられたジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の主要任務の一つは、「宇宙の黎明」――ビッグバン後数億年をさかのぼる観測だ。宇宙は膨張を続け、最古級の天体光は数百億光年の旅路で波長が引き伸ばされる（赤方偏移）。ウェッブは、この消えかけた赤外の光を確実に拾うよう最適化されている。

2022年に最初の深宇宙画像が公開されると、天文学者は説明のつかない「赤い小点」が無数に散らばる様子に驚いた。本来、若い銀河は青く見えやすいはずだが、写っていたのは一様に赤い点ばかり。しかも個々の光度はきわめて高く、通常の星の密度では到底説明しづらい。推定では、明るさは数百から数十億個の太陽を上回る水準に達するという。

『フィナンシャル・タイムズ』は、これらの神秘的天体が当初「小さな赤点」と総称され、ウェッブの深宇宙画像の中で一粒一粒の深紅の斑点として写り込んでいると伝える。だが、その正体は依然つかめていない。

さらに難題なのは、赤点が見かけ上は成熟銀河に似る一方、現れている宇宙時代が「若すぎる」点だ。通常なら、そんなに育った銀河を形成する時間はない。たとえるなら、宇宙の乳児期の集合写真に、思春期の顔が紛れ込んでいるような不整合である。

「ブラックホール恒星」仮説の誕生

混乱が渦巻く中、独マックス・プランク天文学研究所のアンナ・デグラーフ氏（Anna De Graaff）らは、ペンシルベニア州立大学やプリンストン大学の研究者と協力し、約120億光年彼方で際立って明るい「小さな赤点」に焦点を当てた。詳細な分光解析の結果、この赤点は単一の恒星を思わせる特徴を示していることが分かった。

波長分布をさらに精査すると、既知の天体のどれとも完全には一致しないことが判明した。塵に富む銀河やクエーサーの典型的な指標とも合致しない。最も妥当な解釈として、膨大な質量をもつブラックホールが激しく運動する水素ガス雲に包まれ、その相互作用が強い放射を生み、結果として木星のような巨大な恒星に見えている――という像が浮かび上がる。 （関連記事： 人類が宇宙生命に最も近づいた瞬間か　NASA、火星で「豹紋岩石」を発見　生命の痕跡か、地球への持ち帰りは最大の難題 ｜ 関連記事をもっと読む ）

この推論を踏まえ、研究チームは新仮説を提示した。すなわち、赤点の正体は「ブラックホール恒星」と呼ぶべき新種の天体である。見かけは恒星のように輝くが、中心核はブラックホールで、外層は高密度の水素ガスに覆われている。発光メカニズムは核融合で輝く通常の恒星とは本質的に異なる。

分析結果は9月に学術誌『天文学と天体物理学（A&A）』に掲載された。単に「小さな赤点」の候補像を与えただけでなく、宇宙進化の順序に対する理解を揺さぶった点が大きい。恒星や銀河がブラックホールを育てたのか、それともブラックホールが先行して誕生したのか――根本命題が改めて問われている。

先にブラックホールか、星系か？

研究はまた、極端事例の追跡が既存枠組みを超える発想を促すと指摘し、「小さな赤点」という特例が「ブラックホール恒星」仮説の着想につながったとする。現時点では仮説段階にとどまるが、宇宙論研究者の関心は高い。

従来理論では、初期宇宙の大質量ガス雲はまず多数の恒星へ分裂し、やがて初代銀河を形成。大質量星の死で生じたブラックホールが長期にわたり周囲を取り込み融合を重ね、銀河中心の超大質量ブラックホールへと成長するとされてきた。

一方、英国の前王室天文学者マーティン・リース氏（Martin Rees）は、事態が逆転する可能性を指摘する。すなわち、ガス雲が分裂せずに直接、通常の恒星より二桁規模で大きいブラックホールとして形成され、残った水素が回転しながら加速して巨大な「スーパー恒星」を形作るというシナリオだ。こうした天体は周囲のガスを飲み込みつつ最終的に消滅し、現代（138億年後）の宇宙でブラックホール恒星が見当たらない理由になり得る。

ブラックホールに取り込まれず残った物質は、その後に恒星や銀河へ進化した可能性がある。リース氏は、私たちが知るほぼすべての銀河――天の川銀河を含め――の中心にブラックホールが存在する点を改めて強調している。

ブラックホールと星系の“先後関係”は、今後の観測で前進する可能性が高い。ウェッブ望遠鏡に加え、南アフリカとオーストラリアで建設が進む電波干渉計「スクエア・キロメートル・アレイ（SKA）」、チリで建設中の「ヨーロッパ超大型望遠鏡（European Extremely Large Telescope）」などが順次稼働すれば、「宇宙の黎明」をのぞき込むための窓はさらに広がる見通しだ。

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編集：田中佳奈 （関連記事： 人類が宇宙生命に最も近づいた瞬間か　NASA、火星で「豹紋岩石」を発見　生命の痕跡か、地球への持ち帰りは最大の難題 ｜ 関連記事をもっと読む ）

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