謎の「小さく赤い点」の正体に迫る―ガスに包まれたブラックホールの急成長を再現―

2026-09-17 国立天文台

宇宙初期にジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)が発見した謎の「リトル・レッド・ドット(LRD)」について、国際研究チームが国立天文台のスーパーコンピュータ「アテルイIII」を用いた高精度なズームイン・シミュレーションで、その起源を再現した。原始銀河団では、紫外線によって星形成が抑えられたガス雲に暗黒物質の重力で大量のガスが集まり、太陽の50万~90万倍の超大質量星が形成される。これが種ブラックホールとなり、周囲の高密度ガスを急速に取り込んで、宇宙誕生約6億年後には約3000万太陽質量の過大質量ブラックホールへ成長する過程が示された。さらに、ブラックホールを覆う濃いガスが光を吸収・散乱することで赤く見える特徴など、LRDの観測的性質も再現された。ブラックホール形成からLRDとして観測される段階までを一続きの物理過程として説明した成果であり、初期宇宙のブラックホール形成と銀河進化の解明につながると期待される。

謎の「小さく赤い点」の正体に迫る―ガスに包まれたブラックホールの急成長を再現―
アテルイIIIによるシミュレーションで描き出した、ガスに包まれたブラックホールが急成長する姿。温度が高い場所ほど赤く色付けされている。(クレジット: 鄭昇明、武田隆顕、国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト)

<関連情報>

シミュレーションでは、超大質量ブラックホールや小さな赤い点が自然に形成される Overmassive black holes and little red dots naturally form in simulations

Sunmyon Chon,Shingo Hirano,Tomoaki Ishiyama,Seok-Jun Chang & Volker Springe
Nature  Published:16 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-10985-8

Abstract

The origin of supermassive black holes remains a long-standing problem in astrophysics. Recent James Webb Space Telescope (JWST) observations reveal an unexpectedly abundant population of overmassive black holes at z > 4–6, at which the black hole masses lie far above local scaling relations and are not reproduced by present cosmological models1,2,3,4,5. How such overmassive black holes form and rapidly grow within young galaxies has remained unclear. Here we present fully cosmological radiation-hydrodynamic simulations that self-consistently follow the birth, early growth and emergent observable signatures of supermassive black holes in protocluster environments. We find that heavy seeds on the order 106M naturally form, exceeding typical theoretical expectations by an order of magnitude. These seeds rapidly develop dense, optically thick disks whose strong electron scattering produces broad Hα emission comparable to that seen in little red dots6,7,8,9,10. Sustained super-Eddington accretion then drives fast growth to about 3 × 107M by z ≃ 8. To our knowledge, this is the first demonstration that unifies little red dots to a short-lived, enshrouded phase of heavy-seed formation, which naturally evolve into the overmassive quasars detected by the JWST and ultimately the progenitors of today’s supermassive black holes.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました