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直接爆発ブラックホールの神秘的な誕生: なぜこれらの超大質量ブラックホールは天文学者に衝撃を与えるのか?
宇宙の初期の歴史において、科学者たちは、これらの物体の誕生方法が、宇宙の物質の進化における主要なカテゴリーである直接爆発ブラック ホール (DCBH) であることに気づきました。これらの神秘的なブラック ホールは、約 1 億年から 2 億 5,000 万年前、約 15 年から 30 年の間の赤方偏移 z として知られる期間に生成されました。
直接爆発ブラック ホールの形成プロセスは、従来の理論におけるブラック ホールとは異なります。これらのブラック ホールは、星の死から進化するのではなく、直接の重力崩壊によって形成されます。
直接爆発ブラックホールの形成には、特定の環境条件が必要です。主な条件には、金属含有量がゼロのガス（水素とヘリウムのみを含む）、水素原子を励起するのに十分な高さのライマン・ウェルナー光子の照射、および水素分子を破壊できるレーザー流が含まれます。これらの条件はガスの冷却と断片化を防ぎ、ガス雲がそのままの状態で重力崩壊を起こし、非常に高い物質密度に達することを可能にします。
物質の密度が約 107 g/cm3 に達すると、これらのガス雲は通常の相対論的不安定性を経験し、直接爆発ブラックホールに変わります。これは、恒星の祖先からではなく、原始ガス雲から直接誕生したことを意味します。
2022 年 7 月に報告されたコンピューター シミュレーションによると、研究者らは、まれな条件下では、紫外線や超音速の種がなければ、強力で冷たい降着流が巨大なブラック ホールを生成する可能性があることを発見しました。このシミュレーションは、太陽質量が約 4,000 万個に成長した環境で、最終的にいくつかの超巨星が形成され、直接爆発ブラックホールへの変換に成功したことを示しています。
ブラックホールの直接爆発の希少性
直接爆発するブラック ホールは、高赤方偏移の宇宙では非常にまれな天体であると考えられています。現在の宇宙論的シミュレーションでは、赤方偏移 15 におけるこれらのブラック ホールの数は、立方ギガパーセクあたりわずか約 1 個である可能性があることが示されています。この予測はライマン・ウェルナー光子の最小フラックスに強く影響されており、最も楽観的なシナリオのいくつかの下では、DCBH の密度は立方ギガ秒あたり 107 セルにも達する可能性があります。
直接爆発ブラックホールの発見
2016 年、ハーバード大学の天体物理学者ファビオ パクッチ率いる研究チームは、ハッブル宇宙望遠鏡とチャンドラ X 線天文台からのデータを使用して、ブラック ホールの直接爆発の 2 つの候補を初めて特定しました。これらの候補はすべて z>6 の赤方偏移領域に位置しており、CANDELS GOODS-S フィールドのスペクトル特性は予測と一致しています。
これらの直接爆発するブラック ホールは、他の高赤方偏移の光源よりも多くの赤外線放射を発生すると予測されており、特にジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡によるさらなる観測は、これらの光源の性質を確認するために重要です。
他のブラックホールとの違い
エネルギーや荷電物質の直接的な崩壊に関連する原始ブラック ホールの形成プロセスとは異なり、直接爆発ブラック ホールの形成は、異常に高密度で大きなガス領域の崩壊によって起こります。第 3 世代の星 (つまり、集団 III 星) によって形成されたブラック ホールは、直接爆発ブラック ホールのカテゴリーに属さないことは注目に値します。
概要
直接爆発ブラック ホールの発見は、ブラック ホールの形成に関する理解を広げるだけでなく、初期宇宙に存在した可能性のある複雑な現象も明らかにします。これらの神秘的な物体は、宇宙の進化に関する私たちの基本的な理解を再定義しています。テクノロジーの進歩により、将来的にはこれらのブラックホールのさらなる秘密を解明できるようになるでしょうか?
