時を超えた巨人の眠り：JWSTが100億年前の宇宙で太陽60億個分の「静かなる」ブラックホールを捉えた

見えないものを「恒星の動き」で量る

重力レンズで拡大された視野を使い、研究チームはJWSTの「NIRSpec（近赤外線分光器）」の機能である「面分光（IFU）」に頼りました。この装置は画像のピクセル一つひとつに対してスペクトル（光の波長ごとの強度）を取得できるため、銀河中心からの距離に応じて、星々がどのような速度で動いているかをマッピングできます。

この手法は「恒星動力学法」と呼ばれ、私たちの天の川銀河の中心にあるブラックホールの重さを測り、2020年のノーベル物理学賞の対象となったのと同じ手法です。基本原理は単純で、超巨大ブラックホールに近い恒星ほど、速く公転します。星の速度が半径に応じてどう変化するかを、単純なケプラー運動の法則でモデル化することで、ブラックホールの「重力支配圏」、すなわち星の運動がブラックホールの重力に支配されている領域を特定し、直接的な質量測定が可能になるのです。

今回の研究以前、最も遠方でこの手法が適用されたのは、わずか約7億光年先のブラックホールでした。MRG-M0138はその記録を一気に10倍以上も塗り替えたことになります。

判明した事実：銀河の成長を止めた巨人

測定の結果、このブラックホールの質量が太陽のおよそ60億倍であることが確認されました。その母銀河MRG-M0138は、新たな星を生み出すのをとうの昔にやめた、巨大な赤い楕円銀河です。中心のブラックホールは休眠状態にあり、現在は大量のガスを引き寄せて加熱するような活動はしていません。

この発見は、この銀河が暴力的な過去を持っていたことを示唆しています。MRG-M0138はかつて、成長するブラックホールへと渦を巻いて落ち込むガスによって輝く、明るいクエーサーだった可能性が高いのです。この活動期に放出された莫大なエネルギーが、星形成に必要なガスそのものを加熱、あるいは銀河の外へと追い出し、星の工場の操業を事実上停止させたと考えられます。今日見られる銀河の「死んだ」静かな状態と、ブラックホールの眠りは、したがって深く関連しており、ブラックホールがあまりに巨大になりすぎて、自らの宿主銀河の成長を「クエンチング（抑制）」したのです。

共進化モデルへの挑戦状

この発見は、銀河とブラックホールが共に成長するという、私たちの基本的な宇宙観の核心を突くものです。現在の宇宙では、中心ブラックホールの質量と母銀河の中心バルジの性質の間には緊密な相関関係があり、両者が歩調を合わせて共進化してきたことを示唆しています。

しかし、今回の測定は、こうした関係が常に成立していたわけではなく、ブラックホールは母銀河が星々を完全に作り終える前に、まず先に形成され、巨大に成長しうるという直接証拠を提供します。データは、初期宇宙の特に密度の高い領域が、周囲の銀河の成長を凌駕する、極めて急速なブラックホール成長の現場であったことを示しているのです。これは、ブラックホールと銀河の成長が常に密に連動しているという、単純な共進化モデルに疑問を投げかけるものです。

今後、JWST、ユークリッド宇宙望遠鏡、ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡、そして巨大マゼラン望遠鏡のような次世代地上観測所による将来のサーベイでは、この「重力レンズ＋恒星動力学」手法をさらに多くの銀河に適用し、宇宙史を通じてブラックホールと銀河がどのように共進化してきたのか、その統計的な全体像の構築を目指しています。