不可解な質量を持つブラックホール:宇宙の誕生間もない頃、ブラックホールはすでに10億太陽質量の重さがあった。(A black hole of inexplicable mass:The black hole already weighed a billion solar masses when the universe was still in its infancy)

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2024-06-21 マックス・プランク研究所

宇宙初期の1億年で、銀河中心にある初期のブラックホールが驚くべき質量に成長した理由は謎でしたが、新しい観測により「超効率的な餌食いモード“ultra-effective feeding mode” 」仮説が否定されました。銀河の成長とブラックホールの質量増加は、恒星やガスを取り込むことで進行しましたが、ブラックホールの成長速度には限界があります。遠方のクエーサーの観測は、宇宙黎明期における非常に若いブラックホールがすでに巨大な質量を持っていたことを示しました。JWSTの中赤外線観測機器MIRIの観測によれば、初期のブラックホールの餌食いメカニズムは現代のものと変わらず、塵の温度がやや高いだけでした。これにより、初期のブラックホールが最初から大きな質量を持っていたことが示唆されました。

<関連情報>

JWSTのレストフレーム赤外分光で明らかになった宇宙の夜明けの成熟したクェーサー A mature quasar at cosmic dawn revealed by JWST rest-frame infrared spectroscopy

Sarah E. I. Bosman,Javier Álvarez-Márquez,Luis Colina,Fabian Walter,Almudena Alonso-Herrero,Martin J. Ward,Göran Östlin,Thomas R. Greve,Gillian Wright,Arjan Bik,Leindert Boogaard,Karina Caputi,Luca Costantin,Andreas Eckart,Macarena García-Marín,Steven Gillman,Jens Hjorth,Edoardo Iani,Olivier Ilbert,Iris Jermann,Alvaro Labiano,Danial Langeroodi,Florian Peißker,Pierluigi Rinaldi,… Bart Vandenbussche
Nature Astronomy  Published:17 June 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-024-02273-0

extended data figure 1

Abstract

The rapid assembly of the first supermassive black holes is an enduring mystery. Until now, it was not known whether quasar ‘feeding’ structures (the ‘hot torus’) could assemble as fast as the smaller-scale quasar structures. We present JWST/MRS (rest-frame infrared) spectroscopic observations of the quasar J1120+0641 at z = 7.0848 (well within the epoch of reionization). The hot torus dust was clearly detected at λrest ≃ 1.3 μm, with a black-body temperature of dust=1,413.5+5.7−7.4 K, slightly elevated compared to similarly luminous quasars at lower redshifts. Importantly, the supermassive black hole mass of J1120+0641 based on the Hα line (accessible only with JWST), MBH = 1.52 ± 0.17 × 109M, is in good agreement with previous ground-based rest-frame ultraviolet Mg II measurements. Comparing the ratios of the Hα, Paα and Paβ emission lines to predictions from a simple one-phase Cloudy model, we find that they are consistent with originating from a common broad-line region with physical parameters that are consistent with lower-redshift quasars. Together, this implies that J1120+0641’s accretion structures must have assembled very quickly, as they appear fully ‘mature’ less than 760 Myr after the Big Bang.

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1701物理及び化学
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