これまで観測された最大のブラックホールジェットは、天の川銀河140個分の長さ

宇宙は広大で、巨大な天体で満ち溢れています。惑星を新たな進化軌道に乗せる小惑星、渦巻く恒星、そして巨大な銀河などです。そして今、研究チームがこれまでで最も巨大な天体のいくつかを発見しました。それは、ブラックホールからほぼ光速で飛び出す巨大な物質ジェットです。

2300万光年の長さを持つブラックホールジェットは、これまで観測された中で最大です。2300万光年ってどれくらいの大きさでしょうか？それは天の川銀河140個を端から端まで並べた大きさです。ギリシャ神話の巨人にちなんで「ポルフィリオン」と名付けられたこの巨大ジェット構造を記述した研究論文が、本日ネイチャー誌に掲載されました。

「超大質量ブラックホールが銀河系だけでなく、宇宙の網全体にも影響力を持っていることを示す証拠を提示しました」と、カリフォルニア工科大学の研究者で論文の筆頭著者であるマルティン・オエイ氏は月曜日の記者会見で述べた。従来の知見では、ブラックホールのジェットは「主銀河の内部か非常に近いところ」にとどまっていると考えられていたが、ポルフィリオンの観測によって、ジェットはより大規模な宇宙構造と同等の大きさに達することが十分に明らかになったとオエイ氏は付け加えた。

ポルフィリオンは、宇宙が誕生してわずか63億年前（現在は約140億年）にまで遡る古代のジェット構造です。オエイ氏はさらに、ポルフィリオンのジェットが地球と同じくらいの幅であれば、そのエネルギー源であるブラックホールはアメーバほどの幅しかないだろうと付け加えました。これは、ポルフィリオンの広大なジェットの途方もないスケールです。

これらのジェットは、欧州の低周波電波望遠鏡（LOFAR）による天体観測データで発見されました。LOFARデータでは、これまでに1万個以上の類似した微弱なジェット構造が確認されており、これは天空の約15%をカバーしています。研究チームは、インドの巨大メートル波電波望遠鏡（GMRT）とアリゾナ州の暗黒エネルギー分光装置（DESI）のデータを分析し、ポルフィリオンの源銀河を特定しました。さらに、ハワイのケック天文台による観測により、ジェット構造の地球からの距離が約75億光年であることが明らかになりました。

ポルフィリオンのようなジェット系が形成される正確な条件は不明だが、研究チームは、そのジェット系を司るブラックホールが巨大な重力で近くの物質を引き寄せながら、宇宙空間に放射線を放出していることを発見した。

「ポルフィリオンのような系を形成するには、非常に強力な降着現象、おそらくブラックホールに供給する大量のガスをもたらす別の銀河との合体現象が起きる必要がある」とハートフォードシャー大学の天体物理学者で論文の共著者であるマーティン・ハードキャッスル氏は記者会見で述べた。

これらのジェットシステムが宇宙の網目構造を通じてどのように広がっているかを示すイラストとデジタル画像。 — これらのジェット系が宇宙の網目構造にどのように広がっているかを示すイラストとデジタル画像。
イラスト：Martijn Oei（カリフォルニア工科大学）/ Dylan Nelson（IllustrisTNGコラボレーション）。一部のディテールはAIを用いて作成されました。

「天文学者たちは、銀河とその中心にあるブラックホールは共進化していると考えています。その重要な側面の一つは、ジェットが膨大なエネルギーを拡散し、それが主銀河やその近傍にある他の銀河の成長に影響を与えるということです」と、カリフォルニア工科大学の天文学者で共著者のジョージ・ジョルゴフスキー氏は、同研究所の発表で述べています。「今回の発見は、ジェットの影響が私たちが考えていたよりもはるかに遠くまで及ぶ可能性があることを示しています。」

同じチームは、神話上の巨人にちなんで「アルキオネウス」と名付けられた、これまでの記録保持者だったジェット系を発見しました。この系の長さは約天の川銀河の約100倍でした。ポルフィリオンやアルキオネウスのようなジェットは、宇宙を磁化するだけでなく、非常に大きなエネルギーを噴出するため、銀河間物質を局所的に100万度も加熱できるとオエイ氏は言います。さらに、これらのジェットは磁場を生成・噴出させ、宇宙のボイド（宇宙の網の目の間に広がる広大な空間）を占めている可能性があります。

「宇宙は様々なスケールで磁化されているという観測結果があります。銀河全体が磁化されているだけでなく、宇宙の網を構成するフィラメントや、フィラメント間の空洞も磁化されています」とオエイ氏は述べた。「人々がこの大規模な磁気に関心を寄せているのは、宇宙の始まりについて何かを教えてくれるかもしれないからです。」

「宇宙の空隙内の磁場は初期宇宙における何らかの過程を反映している可能性があり、新たな物理学のヒントにつながる可能性がある」と彼は付け加えた。

スクエア・キロメートル・アレイのような新しい観測機器は、南天の観測に有用な手段を提供するでしょう（最近の研究では、研究チームは北天のみを観測していました）。さらに、コンピュータービジョンやその他のAI技術といった画像解析の自動化により、研究チームが発見できるブラックホールジェットの巨大構造の数が増える可能性があります。

現在、同研究グループは約1万個を認識しているが、それは「発見できるもののほんの一部に過ぎない」とオエイ氏は語り、そのようなジェット構造物は10万個から100万個存在する可能性があると推測している。