過去数十年の間に、天文学者たちは、宇宙の始まりにさかのぼって、宇宙をより遠くまで（そして過去にさかのぼって）見ることができました。そうすることで、彼らは宇宙で最も初期の銀河のいくつかとその後の進化について多くを学びました。ただし、超大質量ブラックホール（SMBH）を備えた銀河や大規模なジェットが最初に出現したときのように、依然として制限されていないものがあります。
インターナショナルスクールフォーアドバンストスタディーズ（SISSA）の最近の研究によると、日本と台湾の天文学者のチームは、ビッグバンからわずか8億年後に超大質量ブラックホールが形成され始め、20億年未満の相対論的ジェットがどのように形成され始めたかについて新しい洞察を提供していますあと。これらの結果は、私たちの宇宙で私たちが思ったよりも早く大規模なオブジェクトがどのように形成されたかを示す成長しているケースの一部です。
天文学者は半世紀以上にわたってSMBHについて知っています。やがて彼らは、ほとんどの巨大な銀河（天の川を含む）がそれらの中心にあることに気づきました。銀河の進化において彼らが果たす役割も研究の主題であり、現代の天文学者はそれらが銀河における星形成の速度に直接関係していると結論付けています。
同様に、天文学者は、SMBHの周りにガスとダストが光速に近い速度で加速されるタイトな降着円盤があることを発見しました。これにより、いくつかの銀河の中心が非常に明るくなり（活動銀河核（AGN）と呼ばれます）、円盤内の星を超えます。場合によっては、これらの降着円盤は、何十億光年も離れたところから見ることができる高温の物質の噴流につながることもあります。
従来のモデルによれば、銀河は、宇宙が10億年前（約130億年前）未満だったときに、中央ブラックホールを発達させるのに十分な時間を持っていませんでした。しかし、最近の観測では、その時点ですでに銀河の中心にブラックホールが形成されていたことが示されています。これに対処するため、SISSAの科学者チームは、可能な説明を提供する新しいモデルを提案しました。
彼らの研究のために、それはルーメンボコによって導かれました–博士号Institute of the Fundamental Physics of the Universe（IFPU）の学生–チームは、SMBHが初期の銀河の中央領域で成長するというよく知られた事実から始まりました。今日の楕円銀河の始祖であるこれらの天体は、非常に高濃度のガスと非常に激しい新星形成率を持っていました。
これらの銀河の最初の世代の星は短命で、すぐに進化して比較的小さなブラックホールになりましたが、その数はかなりの数でした。それらを取り巻く高密度のガスが大きな動摩擦を引き起こし、それらを銀河の中心に素早く移動させました。ここが合流して、超大質量ブラックホールの種を作りました。これは、時間とともにゆっくりと成長しました。
研究チームが最近のSISSプレスリリースで説明したように、
「古典的な理論によれば、超大質量ブラックホールは銀河の中心で成長し、周囲の物質、主にガスを捕らえ、それ自体で「成長」し、最終的にその質量に比例するリズムでそれを飲み込みます。このため、ブラックホールの質量が小さい開発初期には、成長が非常に遅くなります。計算によれば、観測された質量、太陽の数十億倍に達するには、非常に長い時間が必要であり、若い宇宙の年齢よりもさらに長い。」
しかし、彼らが開発した元の数学モデルは、中央のブラックホールの形成プロセスが初期段階で非常に迅速である可能性があることを示しました。これは、初期宇宙におけるSMBHシードの存在についての説明を提供するだけでなく、それらの成長のタイミングを宇宙の既知の年齢と一致させます。
要するに、彼らの研究は、初期のブラックホールの移行と合併のプロセスが、わずか5,000〜1億年で10,000〜100,000太陽質量のSMBHシードの作成につながる可能性があることを示しました。チームが説明したように：
「標準理論で想定されている、前述のガスの直接降着による中央ブラックホールの成長は非常に速くなります。これは、ガスを引き付けて吸収するのに成功するガスの量が莫大になるためです。私たちが提案するプロセス。それにもかかわらず、私たちのメカニズムで想定されているような大きな種から出発するという事実は、超宇宙のブラックホールのグローバルな成長を加速させ、その形成を若い宇宙でも可能にします。要するに、この理論に照らして、ビッグバンから8億年後に超大質量ブラックホールがすでにコスモスに存在する可能性があると言えるでしょう。」
観察されたSMBHシードの作業モデルを提案することに加えて、チームはそれをテストする方法も提案しました。一方では、これらの合併によって引き起こされる重力波があり、これはAdvanced LIGO / Virgoのような重力波検出器を使用して識別でき、将来のアインシュタイン望遠鏡によって特徴付けられます。
さらに、その後のSMBHの開発フェーズは、ESAのレーザー干渉計スペースアンテナ（LISA）などのミッションで調査できるもので、2034年頃に打ち上げられる予定です。同様に、別の天文学者チームが最近アタカマを使用しました大型ミリ/サブミリアレイ（ALMA）は、銀河に関する別の謎に対処するためのものです。そのため、ジェットを備えているものと備えていないものがあります。
相対論的な速度（光速の数分の1）で移動するこれらのイオン化物質の高速移動ストリームは、一部の銀河の中心から発散していることが観察されています。これらのジェットは、他の方法では崩壊して新しい星を形成する物質を放出する方法が原因で、銀河の星形成率に関連付けられています。言い換えれば、これらのジェットはSMBHと同様に銀河の進化に役割を果たします。
このため、天文学者は、ブラックホールジェットとガス雲が時間の経過とともにどのように相互作用してきたかについて、より多くを学ぶことを求めてきました。残念ながら、初期の宇宙ではこれらの種類の相互作用を観察することは困難でした。 Atacama Large Millimeter / submillimeter Array（ALMA）を使用して、天文学者のチームは、非常に遠いクエーサーからの乱されたガス雲の最初の解決された画像を取得することに成功しました。
近畿大学の井上太郎太郎教授が主導する彼らの発見を説明する研究は最近、 天体物理学ジャーナルの手紙。 井上氏とその同僚が説明したように、ALMAデータは、地球からおよそ110億光年離れた場所にあるクエーサーであるMG J0414 + 0534から発する若い双極ジェットを明らかにしました。これらの調査結果は、ビッグバンが30億歳未満のときにSMBHとジェットを備えた銀河が存在したことを示しています。
ALMAに加えて、チームは重力レンズ効果と呼ばれる手法に依存しました。この手法では、介在する銀河の重力が遠くの物体からの光を拡大します。この「宇宙望遠鏡」とアルマ望遠鏡の高解像度のおかげで、チームはMG J0414 + 0534の周りの乱されたガス状雲を観察し、それらが銀河の中心にあるSMBHから発する若いジェットによって引き起こされたと判断できました。
国立天文台/総研大のプロジェクト准教授である中西浩一郎が、ALMAのプレスリリースで次のように説明した。
「この宇宙望遠鏡とアルマ望遠鏡の高解像度観測を組み合わせると、人間の視力より9,000倍優れた非常にシャープな視界が得られました。この非常に高い解像度で、超大質量ブラックホールから放出されたジェットの周りの気体雲の分布と動きを取得できました。」
これらの観察結果は、ジェットの方向に沿ってガスが影響を受け、粒子が激しく動き、最大600 km / s（370 mps）の速度に加速されることも示しています。さらに、これらの影響を受けたガス雲とジェット自体は、この時代の典型的な銀河のサイズよりもはるかに小さかった。
このことから、チームはMG J0414 + 0534銀河の非常に早い段階のジェット進化を目撃していると結論付けました。真実であれば、これらの観察はチームが初期宇宙の間に銀河の主要な進化過程を目撃することを可能にしました。井上がまとめたように：
「MG J0414 + 0534は、ジェット機の若さゆえの優れた例です。ジェットの非常に初期の進化段階でさえ、ジェットとガス雲の間の重要な相互作用の明確な証拠が見つかりました。私たちの発見は、初期宇宙における銀河の進化過程をよりよく理解するための道を開くと思います。」
一緒に、これらの研究は、宇宙で最も強力な2つの天文現象が予想よりも早く現れたことを示しています。この発見はまた、これらの現象が時間とともにどのように進化したか、そして宇宙の進化において彼らが果たした役割を探る機会を天文学者に提供します。
