【2023年9月19日 東京大学大学院理学系研究科・理学部】
科学者たちは、銀河がダークマターハローと呼ばれるダークマターの塊の中で誕生したと考えています。銀河は、光で観測できる星やガスの他にも、ダークマターハローと呼ばれる質量の約10倍ものものを持っています。また、ほぼ全ての銀河の中心には、超大質量ブラックホール（SMBH）という非常に重いブラックホールが存在しています。
これまでの観測から、SMBHの重さが大きいほど銀河の星々の総質量も大きくなるという関係や、星々の総質量が大きい銀河ほどダークマターハローの質量も大きいという関係が知られています。これらの結果を考慮すると、初期宇宙に存在する銀河でも、SMBHが重いほどダークマターハローの質量も大きいと予想されます。
しかし、クエーサーと呼ばれる非常に明るい天体がどのくらいの質量のダークマターハローを伴っているのかはよくわかっていませんでした。ダークマターは光で観測できないため、その質量を直接測定することは困難です。しかし、ダークマターは他の物質に重力を及ぼすため、天体に働く重力を測定することで間接的にその質量を推定することができます。
銀河の「群れ具合」を測定する方法があります。質量の大きなダークマターの塊には他のダークマターの塊が集まるため、その中で生まれる銀河やクエーサーもその周囲に集まる傾向があります。そのため、銀河やクエーサーの「群れ具合」を測定することで、ダークマターハローの質量を推定することができます。
東京大学の研究チームは、超広視野主焦点カメラ「Hyper Suprime-Cam」を使って、遠方のクエーサーの群れ具合を測定し、ダークマターハローの質量を推定しました。その結果、約130億年前の宇宙でクエーサーに付随するダークマターハローの質量は約5兆太陽質量という値になりました。さらに、他の時代のクエーサーと比べても、ダークマターハローの質量はほぼ一定であることが分かりました。
この結果を踏まえると、宇宙ではどの時代でも、特定の範囲のダークマターハローの質量になるとSMBHの活動性が高まってクエーサーとなる可能性が高いと考えられます。つまり、SMBHをクエーサーへと「スイッチオン」させる普遍的な仕組みが宇宙に存在する可能性があるのです。
【感想】
この研究により、クエーサーを取り巻くダークマターハローの質量がほぼ一定であることが明らかになりました。これは、初期宇宙においても銀河とSMBHの共進化関係が存在し、ダークマターハローの質量がSMBHの重さに影響を与えることを示唆しています。また、クエーサーの観測を通じて、宇宙の初期段階における物質の集まり方や進化の仕組みを理解する上でも重要な成果と言えます。このような研究は今後も進められることが期待され、宇宙の謎に迫る貴重な知見を提供してくれることでしょう。&Buzzとしては、このような成果を見守っていきたいと思います。
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