ブラックホール星（ガスに包まれて星のように光るブラックホール）とは？

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の写真に、遠い宇宙の、小さくて赤い点のような天体がたくさん写っていました。こうした天体は「リトル・レッド・ドット（小さな赤い点）」と呼ばれています。2023年に出た論文（Matthee ほか）は、この呼び名を題に入れ、JWST の観測から、水素が出す決まった色の光（光の線）の幅が広い天体を20個見つけて調べました。

遠い天体の光は、宇宙がふくらむあいだに波がのびて、赤い方（光の波の長さ＝波長の長い方）へずれて届きます。このずれの大きさを赤方偏移と呼び、数が大きいほど、遠くの、昔の天体です。たとえば、このページで中心になる MoM-BH*-1 は赤方偏移が約7.76で、宇宙が生まれて約6億6000万年後の姿です。

光を色（波長）ごとに分けたもの（スペクトル）を見ると、水素が出す光の線が、幅広く広がっています。これは、ブラックホールのまわりを速く動くガスのしるしと考えられてきました。いっぽうで、X線はとても弱いか、ほとんど見えません。正体が、育っているブラックホールなのか、星がぎっしり詰まった銀河なのか、意見が分かれてきました。

ブラックホールそのものは、光を出しません。光でさえ、ブラックホールの中からは出られないからです。ブラックホールのまわりで光るのは、まだ吸いこまれていないガスです。ガスはブラックホールのまわりを回りながら、熱くて明るい、平たい円盤（降着円盤）になります。

銀河のまん中の超大質量ブラックホール（太陽の数十万倍から数十億倍の重さのもの）にガスが落ちこみ、とても明るく光っているものを、クエーサー（準星とも呼ぶ）と呼びます。遠くからは星のような光の点に見えたので、「星に似たもの」という意味の名前が付きました。

ブラックホール星の考えでは、この光る円盤が、さらに、ちりの無い、とても濃いガスにすっぽり包まれています。円盤の光は、ガスの中で吸い取られたり、散らばったり（ぶつかって向きを変えたり）、光り直したりしてから外に出ます。外から見えるのは、ガスを通ってきた光で、星の表面をおおうガスの層（大気）を通ってきた光と、よく似た光になります。MoM-BH*-1 の論文は、このガスを、ブラックホールのまわりの「大気」とたとえ、広がりを太陽と地球の距離の10〜100倍ほど（太陽系ほどの大きさ）と見積もりました。

論文は、リトル・レッド・ドットが赤く見えるのは、ちりで光がさえぎられたからではなく、ガスが光を吸うからだ、と考えています。また、ガスがとても厚いので、X線もさえぎられ、X線が弱いわけも説明できるかもしれない、と書いています。

手がかりは、光を虹のように色ごとに分けたもの（スペクトル）に見える、明るさの段差（バルマーブレイク）です。光の色は、光の波の長さ（波長）で決まります。水素の原子は、少しエネルギーをもらった状態（電子が内側から2番目の段にいる状態）のとき、波長が364.6ナノメートルより短い光（紫よりさらに短い、目に見えない紫外線）を、まとめて吸い取ります。そういう水素が多い所を通った光は、この波長を境に、短い側だけが暗くなり、段差ができます。

星の表面をおおうガスの層（大気）にも、こうした水素があります。新しい星が生まれなくなって数億年ほどたち、A型と呼ばれる種類の星の光が目立つ銀河では、この段差がはっきり見えます。でも、ちりの無い星の集まりでは、短い側がそこまで暗くならず、段差の前後の明るさの比は、ふつう約3倍まで、A型の星だけという極端な場合でも5倍未満です。

JWST が2024年12月に「Mirage or Miracle」という観測の計画で調べた MoM-BH*-1 では、この比が約7.7倍でした。近くの宇宙から遠くの宇宙まで、これまで見つかった中で最も大きい段差の1つです。光を色ごとに分けた中には、水素が決まった色の光を吸ってできた暗い線（吸収線）もありました。こうした吸収線ができるには、ガスが1立方センチメートルあたり水素の原子10億個（10の9乗個）以上というほど濃い必要があります。

そこで論文は、ブラックホールの光る円盤を、とても濃いガスで包んだ模型で計算し、段差と吸収線を一緒に説明しました。模型のガスは、1立方センチメートルあたり水素の原子が約1000億個（10の11乗個）で、秒速500kmほどで激しく乱れて動いています。ただし論文は、この模型はとても簡単なもので、細かい数まで読み取らないように、と注意しています。

2025年3月、MoM-BH*-1 の論文と同じ日に、もう1本の論文（de Graaff ほか）が出ました。調べたのは、赤方偏移（遠さの目安で、大きいほど遠い）が約3.5の、明るいリトル・レッド・ドットです。光を色ごとに分けたときの明るさの段差がとても大きいので、「The Cliff（崖）」というあだ名が付いています。段差の前後の明るさの比は約6.9倍で、それまでに見つかった遠い宇宙の天体の、どれよりも2倍ほども大きなものでした。並ぶのは MoM-BH*-1 だけです。

研究者たちは、まず、年を取った星の集まり（新しい星が生まれなくなってしばらくたった星の集まり）の光で説明しようとしました。すると、太陽の約250億〜400億倍の重さの星が、半径およそ130光年ほどの小さな所に詰まっていなければなりません。これは、知られている星の集まりの、いちばん詰まった場合より10倍以上も詰まっています。星どうしが1年に5回ほどもぶつかる計算です。さらに、これまでの観測や模型には無いほど強い、ちりの効き方を考えても、段差のあたりの形が合いきりませんでした。

いっぽう、まん中で明るく光るものを、光を吸う濃いガスが包んでいる、と考えると、段差も、水素の吸収線も、いちばん無理なく説明できました。研究者たちは、これが最もありそうな説明だと考えています。ただし、模型と観測には、まだ合わない所も残っていて、星の光が混ざっている可能性も捨てきれないと書いています。ガスに包まれているのが、ブラックホールではなく、銀河のまん中に集まった、とても重い星たちである可能性も挙げています。この論文は、2025年に雑誌 Astronomy & Astrophysics に載りました。

遠いブラックホールの重さは、ふつう、まわりのガスが出す決まった色の光（光の線）の幅と、明るさから計算します。こちらへ近づくガスの光は青い方へ、遠ざかるガスの光は赤い方へ、色が少しずれるので、ガスが速く動くほど、線は横に広がって幅が広くなります。ガスを速く回らせるには重いブラックホールが要るので、幅から重さが分かるのです。この計算のしかたは、近くの宇宙のブラックホールで確かめられたものです。

この計算を MoM-BH*-1 にそのまま使うと、ちりで暗くなっていると考えた場合は太陽の約2億倍、ちりが無いと考えると約5000万倍になります。でも、ブラックホール星の考えでは、光が濃いガスの中で何度もぶつかって向きを変え（散らばり）、そのせいで線の幅が広がって見えているのかもしれません。そう考えて計算し直すと、約100万倍です。論文は、重さを太陽の100万〜1000万倍ほどとまとめ、リトル・レッド・ドットのブラックホールの重さは、けた違いに重く見積もられているかもしれない、と書いています。The Cliff のブラックホールも、太陽の約1000万倍と見積もられ、重く見積もりすぎているおそれがあるとされています。

2026年には、この点について、Nature に2本の研究が載りました。1月の研究（Rusakov ほか）は、12個の天体をくわしく調べ、その多くで、光の線を広げているのは、濃いガスの中で、光が電子（原子をつくる小さな粒の1つ）に当たって、向きを変えながら進むことだと考えました。そして、ブラックホールの重さは太陽の10万〜1000万倍で、それまでの見積もりのおよそ100分の1だとしました。

いっぽう、5月の研究（Juodžbalis ほか）は、手前にある天体の重力で光が曲げられ、大きく見えている（重力レンズ）、遠い宇宙の QSO1 という天体を調べました。ガスの回る速さから、ブラックホールの重さを直接はかると、太陽の約5000万倍でした。これは、ふつうの計算で出した約4000万倍と、よく合います。どの天体でも重く見積もりすぎている、とは言えなさそうで、重さの決め方は、まだ調べられているところです。

リトル・レッド・ドットの正体には、ほかの考えもあります。1つは、とても多くの星が、ぎっしり詰まった銀河だという考えです。もう1つは、ちりに包まれて赤く見える、活動銀河核（銀河のまん中で、ブラックホールに落ちこむガスが明るく光っているもの）だという考えです。ブラックホール星の考えは、中にブラックホールがある点は、あとの考えと同じですが、赤いのはちりではなくガスのせいだ、という点がちがいます。

MoM-BH*-1 の論文は、2025年3月に、ほかの研究者による審査（査読）の前の論文として出され、題を変えて、2026年8月12日に Nature に載りました。研究者たちは、ほかのリトル・レッド・ドットも、まわりのもっと明るい銀河の中に、ブラックホール星をかかえているのかもしれない、と考えています。MoM-BH*-1 は、近くにある、もっと重い銀河と、約1億年のうちに1つになると見られていて、そうなればリトル・レッド・ドットに似た姿になる、とも書いています。

まだ分かっていないことも残っています。宇宙の初めごろに、とても重いブラックホールが、どうしてこれほど早く育ったのかは、まだなぞです。濃いガスに包まれたブラックホールは、ふつうより速く育てる、という理論の予想があり、MoM-BH*-1 はその姿かもしれません。リトル・レッド・ドットの多くがブラックホール星なのか、ほかの考えの方が合う天体もあるのかは、これからの観測と研究で確かめられていきます。