現在の宇宙に存在する銀河はその中心部にはほぼ必ず, 太陽の10万倍から100億倍もの質量を持つ超大質量ブラックホール (supermassive black hole; SMBH) を持つと考えられています。多数の銀河の観測より, SMBH の質量 (MBH) と銀河の質量 (M*) との間には強い正の相関関係 (MBH-M*関係) があることが判明しています。重たい銀河が重たいブラックホールを持つ, というのは一見すると自然なように感じられるかもしれませんが, MBH と M* の間には約1000倍もの隔たりがあります。このように, スケールのかけ離れた両者が, なぜきれいな相関関係に従っているのかは, 天文学における大きな未解決問題の一つとなっています。 この問題を解決するため, 赤方偏移 (z) の大きな遠くの宇宙, つまり過去の宇宙のブラックホールと銀河を探査することで, MBH-M* 関係がどのように作られて来たのかを調べています。

撮像観測から M* を求めるためには, 下図のように画像データから AGN 成分 (非常に小さな領域からの放射なので点光源とみなせる) を取り除き, 銀河の成分のみを抽出する必要があります。この解析を行う上では, 空間分解能が高く, かつ深い (ノイズが少なく暗い構造まで検出できる) 観測画像が必要となります。我々は高い空間分解能での深い撮像観測が可能な James Webb Space Telescope (JWST) を用いて z~1-3 の AGN 約100天体の解析を行い, 抽出した AGN を持つ銀河の画像から M* を求めました。先行研究で求められていた MBH と合わせて解析することで, z~3 までの宇宙では, MBH と M* の比率は現在の宇宙とほぼ同じであることを発見しました。一方で, z~1-3 では近傍の宇宙よりも MBH-M* 関係のばらつきが大きい可能性が示唆されました。今後はよりサンプル数を増やしていくことで, より強く遠方宇宙での MBH-M* 関係を制限していくことが重要です。

銀河合体を通じた AGN の発現・進化