JWSTが宇宙論を覆す初期宇宙の謎を発見

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、ビッグバンから約6億5千万年後に現れ始めた数百個の不可解な「小さな赤い点」を発見した。これは天文学者たちの初期宇宙の理解に疑問を投げかけるものだ。2022年に望遠鏡が稼働するまで観測されたことのないこれらの天体は、年齢の割に大きすぎるブラックホールや、宇宙進化の既成理論に反する古代銀河など、いくつかの謎のうちの一つである。

コペンハーゲンの宇宙夜明けセンターの天体物理学者シャーロット・メイソンは、ある小さな赤い点からの光のスペクトルを分析した。もしこれらの天体が高密度のガス雲に包まれたブラックホールなら、光の一部はガスを通過する際に変化するはずだが、彼女のチームの分析ではその兆候は見られなかった。メイソンは現在、ガスが塊状で、光が逃げられる穴がある可能性が高いと考えており、これが観測結果とよりよく一致するかもしれない。

JWSTが初期宇宙で発見したブラックホールは、太陽の10億倍もの質量を持つものがあり、理論家にとって大きな難題となっている。プリンストン大学の天体物理学者ジェニー・グリーンは、「それほど大きくするには、何か特別なことをしなければならない」と述べた。標準的な恒星の崩壊では、約100太陽質量の種ブラックホールができるが、すぐに10億太陽質量に達するには、エディントン限界を超える「強制給餌」が必要だ。最近のシミュレーションでは、降着円盤が膨張してガスが異常な速度で流れ込むと、超エディントン降着が起こり得ることが示されている。2024年には、JWSTがビッグバンから約15億年後のブラックホールがエディントン限界の40倍の速度で降着しているのを観測した。

別の小さな赤い点は、ビッグバンから約7億5千万年後のもので、前景の銀河団によって重力レンズ効果を受け、約5000万太陽質量の「裸の」超大質量ブラックホールと特定された。周囲に星が見えないこの天体は、恒星の種からではなく、ガス雲の直接崩壊によって形成された可能性がある。

初期の銀河も驚くほど明るい。フラットアイアン研究所の上級研究員レイチェル・サマービルは、2026年4月にデンマークのヘルシンゲルで開かれた会議で新しいシミュレーションを発表した。彼女は、星形成がビッグバンから約4億2千万年後に大幅に増加し、5億5千万年後には「立派な銀河」が現れると説明した。JWSTが発見した最も古い銀河は、ビッグバンからわずか2億8千万年後に存在した。この明るさの説明としては、より効率的な星形成、周期的なバースト、極めて大質量の星の生成などが提案されている。

JWSTの中間赤外線装置は、初期の銀河が予想外に多様であることを明らかにした。ガスや塵を追い出して裸の星だけが見えるものもあれば、ガスを豊富に含むものもある。特定の銀河で窒素が過剰に存在することは、非常に大質量の星が多数存在し、超新星爆発を起こして銀河に元素をまいたことを示唆している。

こうした観測は、最初の銀河やブラックホールからの放射が中性水素を電離させ、宇宙の暗黒時代を終わらせた再電離の時代と関連している。最初の星は太陽の数百倍から数千倍の質量があったと考えられ、重元素を生成し、超新星でそれをまき散らした。「私たちは、私たちを創り出したものを見ているのです」と、宇宙夜明けセンターの天体物理学者リセ・クリステンセンは語った。