ビッグバンから9億年後の宇宙で、2つのクエーサーが1万8,100光年の距離に並んでいた。これほど近い組は、予測より100倍から1,000倍多い計算になる

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ビッグバンから約9億年後の宇宙に、明るく輝く超大質量ブラックホールが2つ、すぐ隣どうしで並んでいた。空の上での間隔は約1万8,100光年。天の川銀河の直径の5分の1ほどしかない。宇宙の夜明けと呼ばれる時代に見つかったクエーサーの組としては、いちばん遠く、いちばん近接した組になる。論文は11月10日に学術誌 The Astrophysical Journal Letters に載った。この近さが偶然では説明しにくいというのが、この研究のいちばんの読みどころだ。

宇宙の夜明けに輝くクエーサー

クエーサーは、銀河の中心にある超大質量ブラックホールが、周りのガスを猛烈な勢いで飲み込んでいるときの姿だ。落ち込むガスが渦を巻いて高温になり、その光が銀河の星をすべて合わせたよりも明るくなる。とても明るいので、遠い宇宙でも見つけられる。

今回の組は J1602+4228AB と呼ばれる。明るいほうの A は2004年に見つかっていた既知のクエーサーで、赤方偏移（光が宇宙の膨張で引き伸ばされた度合い。大きいほど遠くて昔）は約6.08。そこから届いた光は、ビッグバンから約9億年後に出たものになる。最初の星や銀河がまだ若かった時代だ。

スペクトルから見積もったブラックホールの質量は、A が太陽の約15億倍、B が約4億倍。国際ジェミニ天文台（NSF NOIRLab）の研究員で論文の筆頭著者の Silvia Onorato さんは、こうした巨大なクエーサーが宇宙のこれほど早い時期に1つあるだけでも決定的な理論の説明はないのに、それが2つある、と話している。

宇宙の夜明けのクエーサーは、ほかの望遠鏡でもまとめて見つかり始めている（観測史上もっとも古いクエーサーを更新――ユークリッドが見つけた宇宙の夜明けの31天体）。ただ、その多くは1つずつ輝いているものだ。今回の主役は、2つが組になっている点にある。

ビッグバンから9億年後の宇宙で、2つのクエーサーが1万8,100光年の距離に並んでいた。これほど近い組は、予測より100倍から1,000倍多い計算になる

上の画像は想像図で、実際の観測の説明と画像は、出典に挙げた NOIRLab の発表ページで見られる。

200個のクエーサーの中で、相棒がいたのは1つだけ

見つかったきっかけは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の観測計画「Aether サーベイ」だ。この時代（赤方偏移5.7〜7）のクエーサー200個を、近赤外線の分光装置で1つずつ観測している。この範囲で知られているクエーサーの約43%にあたる数だという。

研究チームが200個分のデータを目で確かめていくと、J1602+4228 のすぐ横に、もう1つクエーサーが写っていた。サーベイ全体で、すぐそばに別のクエーサーが見つかったのはこの1例だけだった。

確かめるのは簡単ではなかった。2つは空の上でわずか0.98秒角しか離れておらず、B のほうは A の20分の1ほどの明るさしかない。地上から2つを分けて観測するのは、ほぼ不可能なはずだった。それでもハワイのマウナケア山頂のジェミニ北望遠鏡で近赤外線の分光をすると、2つを別々の天体として分けて記録できた。Onorato さんによると、マウナケアの空が澄みきっていたおかげで、2晩で観測を終えられたという。

ビッグバンから9億年後の宇宙で、2つのクエーサーが1万8,100光年の距離に並んでいた。これほど近い組は、予測より100倍から1,000倍多い計算になる

2つのスペクトルを比べると、赤方偏移は6.0781と6.0785でほぼ同じだった。視線方向の速さの差は秒速15キロメートルほどしかない。どちらのブラックホールも、明るさの目安になる上限（エディントン限界。落ち込むガスが出す光の圧力で、ガスが押し返され始める明るさ）をわずかに上回る勢いでガスを飲み込んでいた。ただしこれは、この時代のクエーサーとしてはふつうの値だという。

これまで、赤方偏移5を超える時代で見つかっていたクエーサーの組は3例だけだった。間隔は約44万光年、約2万4,000光年、約3万9,000光年で、速さの差も秒速150〜550キロメートルほどあった。3例目（赤方偏移6.05）は2024年に報告されたものだが、本当に組なのかどうかはまだ議論が続いている。今回の組は、それらより少し遠く、間隔はずっと狭い。

「偶然そこにあった」では足りない近さ

銀河どうしがぶつかり合うことは、宇宙ではありふれている。銀河がぶつかると大量のガスが中心へ流れ込み、ブラックホールが一気に育ってクエーサーとして輝き出すと考えられている。それなら、2つのクエーサーが銀河1個ぶんほどの距離で並ぶ組も、たくさんあっていいはずだ。ところが実際にはなかなか見つからない。クエーサーとして輝く期間は短く、遠い天体は暗く、これほど近いと2つを分けて見ること自体がむずかしいからだ。

チームは、Aether サーベイの視野（解析に使ったのは199個）で1組見つかったという事実を使い、遠い宇宙のクエーサーがどのくらい群れて分布しているかを見積もった。比べた相手は、もっと広い間隔でクエーサーの群れ方を測った過去の研究を、今回の狭い間隔まで延ばした予測だ。見積もった群れ方の強さは、予測より100倍から1,000倍も高かった。これほど近い組は、予測よりずっと多くあることになる。

これほど狭い間隔では、2つが同じ暗黒物質のかたまりの中にいるので、群れ方が強く出ること自体はある程度予想できる。予測の延ばし方そのものにも大きな不確かさがある。それでも、差が大きすぎてそれだけでは説明しきれないかもしれない、というのがチームの見方だ。可能性として挙げているのは2つ。銀河どうしの合体が、2つのブラックホールを同時に輝かせるきっかけになっているのか。あるいは、この組が平均よりずっと物質の密集した場所にあるのか。

どちらにしても、1組だけで結論は出せないとチームは書いている。確かに言えるのは、199の視野のうち少なくとも1つに、こうした組があったということだ。今後、同じような組が見つかって数がそろえば、この時代のクエーサーが近い距離でどう群れているかを測る出発点になる。

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見かけの「2つ」ではないことの確かめ

1つのクエーサーが2つに見えている可能性も残っている。手前にある銀河の重力で光が曲がると、遠い天体の像が複数に分かれて見えることがある。重力レンズと呼ばれる現象だ。

チームは、ジェミニ北望遠鏡の別の分光装置も使ってこの可能性を調べた。2つの像が同じ天体なら、スペクトルの形もそろうはずだ。実際には、ブラックホールの周りのガスから出る光の線の形に、わずかな違いがあった。ガスが外へ吹き出す成分の動きが2つで違い、別々の天体だと考えるほうが自然だという。

一方で、ハッブル宇宙望遠鏡の過去の画像には、B の手前に別の銀河らしいものが写っている。広がった姿からは近い宇宙の銀河とみられ、強い重力レンズを起こすとは考えにくいが、スペクトルだけでは重力レンズを完全には否定できない。論文は J1602+4228AB を「クエーサーの組の候補」と呼び、重力レンズの模型を使った詳しい検討は別の論文で示すとしている。

Nāpōwawāʻenakaulua という名前

この組には、ハワイ語の愛称 Nāpōwawāʻenakaulua が付いた。ハワイの天文学センター ʻImiloa の命名プログラム A Hua He Inoa と、ハワイ大学のハワイ語カレッジが関わり、同カレッジの教授で論文の共著者でもある Larry Kimura さんが名付けた。

NOIRLab の説明によると、複数を表す Nā、底知れない力をもつ闇を意味し超大質量ブラックホールを表す Pō、生まれ変わりを意味する Wawā、熱の輝きを意味しブラックホールに落ち込むガスの光を表す ʻEna、2つ一組を意味し2つのクエーサーを表す Kaulua を組み合わせた名前だという。2019年に初めて撮影されたブラックホールに付いた Pōwehi、2020年に当時もっとも遠いクエーサーに付いた Pōniuāʻena と同じ流れをくむ名前でもある。

最初の銀河が組み上がる現場

2つのブラックホールがどうやってこの時代までにこれほど大きく育ったのかは、まだ分かっていない。チームは、この組が初期宇宙の中でも物質がとりわけ濃く集まった場所の目印になっていて、銀河どうしのぶつかり合いが星の誕生とブラックホールの成長を同時に進めていた場所かもしれない、と考えている。Onorato さんは、最初の大きな銀河とその中心のブラックホールが、銀河どうしの直接のぶつかり合いを通じてどう組み上がったかを調べる「実験室」になる、と話している。

重力レンズかどうかの決着と、2つの間のガスの動きの解析は、続く論文に回されている。200個のクエーサーを1つずつ見ていって、やっと1組。その1組の近さから計算すると、こうした組は予測より桁違いに多いことになる。そのずれが、宇宙の夜明けの銀河の育ち方を考え直す手がかりになっている。

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画像について

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