天文学：過剰な質量のブラックホールと「小さな赤い点」はシミュレーションで自然に形成される

超大質量ブラックホールの起源は、天体物理学における長年の未解決問題である。最近のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による観測から、4～6を上回る赤方偏移において、過剰な質量を持つ予想外に多数のブラックホールの集団が明らかになっている。このような赤方偏移では、ブラックホールの質量は局所的なスケーリング則を大きく上回り、現在の宇宙論モデルでは再現されない。このような過剰な質量のブラックホールが、若い銀河内部でどのように形成され、急速に成長したのかは、依然としてよく分かっていない。本論文で我々は、原始銀河団の環境において超大質量ブラックホールの誕生、初期成長、そこから生じる観測的特徴を自己無撞着に追跡する、一貫して宇宙論的な輻射流体力学シミュレーションを提示する。我々は、典型的な理論的予測を1桁上回る、10⁶ M_⊙程度の重いブラックホールの種が自然に形成されることを見いだした。これらの種は、高密度で光学的に厚い円盤を急速に発達させ、その強い電子散乱は、「小さな赤い点」に見られるものに匹敵する、Hα広輝線を生成する。その後、持続的な超エディントン降着によって急速な成長が駆動され、約8の赤方偏移までにおよそ3 × 10⁷ M_⊙に達する。これは我々の知る限り、小さな赤い点を、重いブラックホールの種を形成する短寿命で塵に覆われた段階として統一した初めての実証であり、これらは、JWSTで検出された過剰な質量のクエーサー、そして最終的には現在の超大質量ブラックホールの前駆天体に自然に進化する。

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