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銀河の中心には、太陽の数百万倍から数十億倍の質量をもつ超大質量ブラックホールがあります。天の川銀河の中心にもあり、遠い宇宙ではもっと重いものが見つかっています。問題は、こんなに重いものがどうやってできたか、です。星が一生を終えてできるブラックホールは太陽の数十倍の重さしかなく、そこから合体と成長を繰り返して数十億倍まで育つには、宇宙の年齢が足りないように見える場面がしばしばあります。とくにジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）がビッグバンから10億年もたたない時代に重いブラックホールを次々と見つけてからは、この「時間が足りない」問題が目立つようになりました。
一つの考え方は、最初の「種」が重かった、というものです。太陽の数十倍ではなく、数百倍から数千倍の重さのブラックホール、いわゆる中間質量ブラックホールから出発すれば、超大質量ブラックホールまで育つ時間はずっと短くて済みます。ただ、中間質量ブラックホールの観測証拠はまだ薄く、どこでどうやってできるのかもはっきりしていません。2026年8月に Astronomy & Astrophysics に載った論文は、その「どこで」の答えの候補を、JWST が実際に撮った天体の中に見つけたとしています。
JWST が見つけた、宇宙初期の密な星団
JWST は重力レンズ（手前の銀河団の重力が、奥の銀河の光を曲げて引き伸ばし、拡大する現象）を使って、宇宙のごく初期の銀河の内部を分解して見ることに成功しています。その代表が、ビッグバンから約4億6000万年後の光を出している「コズミック・ジェムズ弧」と、約6億年後の「ファイアフライ・スパークル」です。コズミック・ジェムズ弧では5個、ファイアフライ・スパークルでは10個の、若くて重い星団が見つかりました。
これらの星団は、質量が太陽の10万倍から1000万倍、半質量半径（星団の質量の半分が入る球の半径）が約0.4パーセクから15パーセクと、とても密です。ローマ・サピエンツァ大学の Viola Bocchi・Matías Liempi・Dominik R. G. Schleicher の3人は、この密さに注目しました。星がぎっしり詰まった星団の中心では、星どうしの衝突が連鎖的に起きて1つの巨大な星に育ち、それが崩れて重いブラックホールになる、という理論上の道筋が以前から提案されています。JWST が見つけた星団は、まさにその条件に合うものでした。
星団ごとに「できるブラックホールの重さ」を見積もる
こうした星団を1つずつ、星1個ずつの運動を追う N 体シミュレーションで計算するのは、星の数が多すぎて現実的ではありません。そこで3人は、星団内部での星の分布の進化を扱うフォッカー・プランク模型と、暴走的な星の衝突と恒星風による質量の損失を扱う解析的な枠組みを組み合わせ、JWST が見つけた星団それぞれで、衝突の連鎖からできるブラックホールの質量を見積もりました。この枠組みは、より小さな密な星団の N 体シミュレーションと突き合わせて検証されています。
結果は、できる中間質量ブラックホールの質量が典型的には太陽の約100倍から約4000倍、星団の質量のうちブラックホールになる割合はおおむね数パーセント、というものでした。とくにコズミック・ジェムズ弧の星団は半質量半径が約1パーセクと極端に小さく、太陽の1600倍から2700倍という重い種を作れると見積もられました。一方、ファイアフライ・スパークルの星団は半径が4〜6パーセクと大きめで質量も10万〜100万太陽質量と小さいため、できるブラックホールは太陽の180倍から810倍にとどまります。中間質量ブラックホールの下限ぎりぎりの重さです。
もう一つ効いているのが、星団の金属量（水素とヘリウムより重い元素の割合）です。重い星は恒星風で自分の質量を吹き飛ばしますが、金属量が低いと恒星風が弱く、衝突で育った星が質量を保ったままブラックホールになれます。論文は、太陽の2パーセント以下という低い金属量が、種の質量を保つうえで決定的な要因だと書いています。宇宙初期の星団は、まだ星の世代交代が進んでいないので金属量が低く、この条件を自然に満たします。
これは観測ではなく、見積もりである
はっきりさせておくと、JWST が中間質量ブラックホールそのものを見たわけではありません。この研究が示したのは、JWST が実際に観測した星団の性質を入力すると、重い種のブラックホールができる条件がそろっている、という計算上の見通しです。論文の著者らも、星団の回転や内部構造が分かっていないこと、星の質量の分布（初期質量関数）が重い星に偏っている可能性があることなど、結果を上下に動かしうる不確かさをいくつも挙げています。
それでも、得られた質量の範囲には意味があります。下限の約100太陽質量は、宇宙最初の星（種族 III の星）が残すブラックホールと同じくらいです。上限はそれよりはるかに重く、「重い種」と呼ばれる領域に入ります。論文は、この重い種があれば宇宙初期に超大質量ブラックホールを作るのがずっと容易になるとし、JWST が見つけた謎の天体「小さな赤い点」の中心にあると考えられる超大質量ブラックホールも、こうした密な星団で生まれた種から育った可能性がある、と述べています。
中間質量ブラックホールの直接の証拠は、2020年の重力波 GW190521（太陽の85倍と66倍のブラックホールが合体して約142倍のものを作った）と、球状星団オメガ・ケンタウリの中心で速く動く星から推定された約8200太陽質量のものなど、まだ数えるほどです。JWST が見つけた宇宙初期の星団が本当にブラックホールの「工場」なのかは、今後の観測と、より詳しい計算で確かめられていくことになります。
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出典
Bocchi, V., Liempi, M., Schleicher, D. R. G. (2026). Formation of intermediate-mass black holes in young massive clusters detected with JWST: Analytic mass estimates. Astronomy & Astrophysics 712. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202659622（プレプリント：https://arxiv.org/abs/2605.20381）
Universe Today: The JWST May Have Found Where Heavy Black Hole Seeds Formed（2026年11月2日） https://www.universetoday.com/articles/the-jwst-may-have-found-where-heavy-black-hole-seeds-formed
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