宇宙でブラックホールはどのように形成されるのでしょうか?

(ダン・トリ) - ブラックホールは、太陽の何百万倍から何十億倍もの質量を持つ巨大天体です。光ですら逃れられないほどの強力な重力を生み出します。

超大質量ブラックホールのシミュレーション（イラスト: Adob​​e）。

ほとんどの銀河の中心には、宇宙の巨人、超大質量ブラックホールが潜んでいます。太陽の何百万倍から何十億倍もの質量を持つこれらの謎の天体は、光さえも逃れられないほどの強力な重力を及ぼします。

ブラックホールは非常に巨大であるため、周囲の銀河の形に影響を与えます。ブラックホールは星の形成、銀河の進化、さらには星団全体の動きにも影響を与えます。

私たちの天の川銀河も例外ではありません。その中心には、太陽の400万倍もの重さを持つ超大質量ブラックホール、いて座A*があります。これらのブラックホールは銀河の存在に不可欠ですが、その形成過程はまだはっきりとわかっていません。

しかし、バージニア大学の理論天体物理学者ジョナサン・タンが率いるポップIII.1モデルの新たな研究では、この不可解な問題に新たな視点からアプローチしている。

タン教授は数十年にわたる研究を基に、これらの巨大な宇宙の天体がどのように形成されたかを説明できる新しい理論の基礎を築いています。

彼と彼の同僚の研究によると、原始星とも呼ばれる第一世代の星の崩壊が超大質量ブラックホールの形成につながった可能性がある。

ポップモデルIII.1

原始的な水素とヘリウムから形成された星は、ポップ III 星と呼ばれます (図: Space)。

銀河や惑星が出現するはるか以前の初期宇宙において、第一世代の星が誕生しました。これらの星は原始的な水素とヘリウムから形成され、天体物理学者によってポップIII星と名付けられました。

ジョナサン・タン教授が提唱するポップIII.1モデルは、重元素の影響を受けない環境で形成された星を記述するものです。冷却過程を制御する炭素、酸素、重金属がなければ、これらの最初の星は非常に高い質量に達していた可能性があります。

太陽の数百倍もの質量を持つ星を想像してみてください。その巨大な大きさゆえに寿命は短く、すぐに崩壊して最初のブラックホールを形成します。

これらの原始ブラックホールは、ポップIIIの星の残骸であり、巨大ブラックホールの成長の種子として機能します。最終的には大きく成長し、現在銀河の中心で見られる超大質量ブラックホールになります。 科学者たちは、太陽の360億倍もの重さを持つ超大質量ブラックホールを発見したこともあります。

ポップIII.1の星も初期宇宙の形成に重要な役割を果たしました。その強力な放射線は周囲の水素ガスを電離させ、宇宙の再電離を引き起こしました。

これは宇宙の構造とエネルギーバランスが一変した極めて重要な瞬間でした。その結果、天文学界では「フラッシュ」として知られる突然の宇宙の閃光が起こりました。

Pop III.1 の星の二重の影響により、それらは宇宙構造の始まりを理解する上で重要になります。

課題と代替案

Pop III.1 モデルは、現在でも科学的に受け入れられている理論であると考えられています (図: Space)。

超大質量ブラックホールの形成を説明することに加え、ポップ III.1 理論は宇宙論におけるいくつかの主要な未解決問題にも取り組んでいます。

これらの問題には、「ハッブル・テンション」、動的ダークエネルギー論争、ニュートリノ質量に関連する異常などが含まれます。

タン教授のモデルは、最初の星とそのブラックホール残骸を宇宙の大規模な進化と結び付けることで、多くの謎を解明するのに役立つ可能性のある独自の視点を提供します。

しかし、ポップIII.1シナリオだけが唯一の考えではありません。他の理論では、原始ブラックホールはビッグバン後の最初の数秒間の密度変動から直接形成されたと示唆されています。

これらのブラックホールは、超大質量ブラックホールの種となる可能性があります。別のアプローチでは、星を形成しない巨大なガス雲の直接的な崩壊が示唆されています。

それぞれの理論は異なるメカニズムを提案しており、いずれも宇宙の謎を説明することを目的としています。

Pop III.1モデルによる初期宇宙の電離予測にも疑問が投げかけられている。宇宙マイクロ波背景放射、特に動的スニヤエフ・ゼルドビッチ効果に関する観測的制約は、再電離の量と時期を調和させることが困難である可能性を示唆している。

それにもかかわらず、ポップIII.1モデルは今でも説得力のある理論であると考えられており、宇宙の最初の構造の1つがどのように形成されたかについての議論を活発化させ続けています。

出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/ho-den-trong-vu-tru-hinh-thanh-nhu-the-nao-20250923030226135.htm