若い宇宙をのぞく貴重な窓
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使った天文学者たちは、初期宇宙でこれまで観測された中で最も化学的に原始的な銀河だと彼らが表現する天体を特定した。この天体はLAP1-Bと呼ばれ、ビッグバンから約8億年後に存在しており、水素とヘリウムより重い元素を驚くほど少量しか含んでいないように見える。
この発見が重要なのは、天文学者が金属と呼ぶそれらの重い元素が、宇宙の最初の瞬間には存在しなかったからだ。これらは後に恒星内部で作られ、恒星爆発によって外へ広がった。したがって、金属量が極端に少ない銀河は、何世代もの星形成が宇宙を豊かにする前の宇宙環境を、非常に直接的に映し出す。
実際には、LAP1-Bは、いわゆる宇宙の暗黒時代を抜け出しつつあった時期の初期銀河がどのような姿だったのかについて、現時点で得られる最も明瞭な手がかりの一つを与えるかもしれない。
なぜ金属量の少ない銀河がこれほど重要なのか
初期宇宙は、組成が単純で観測が難しかった。ビッグバンの後、物質は主に水素やヘリウムのような軽い元素で占められていた。しばしば「第一世代星」と呼ばれる初代の星々は、そのコアで重い元素を生み出し、それを宇宙空間へ放出することで、その化学的単純さを変えたと考えられている。
天文学者は長年、その転換点にできるだけ近いシステムを捉えたいと考えてきた。それによって、最初の星がどのように形成されたのか、銀河がどれほど速く進化し始めたのか、そして宇宙がどのようにして後の世代の星や惑星、そして最終的には生命を支えられるほど化学的に複雑になったのかを明らかにできるからだ。
LAP1-Bが価値あるのは、まさにそれが非常に暗く、化学的にもほとんど進化していないからだ。ビッグバンから8億年後でもなお極めて低い金属量を示す銀河があるなら、それはかつて広く存在していたが、今では見つけにくい条件を保存している可能性がある。
ウェッブと重力が観測を可能にした
金沢大学の中島公彦氏が率いる国際チームは、高赤方偏移天文学を一変させた2つの現代的手法を使った。1つ目はウェッブそのもので、赤外線観測装置により、宇宙の膨張で可視光域の外へずれた古い光を検出できる。2つ目は重力レンズ効果で、手前にある巨大な天体の重力を使って、その背後にあるはるか遠方の天体を増幅する。
この組み合わせによって、そうでなければ極めて研究困難な超微弱銀河を特徴づけることができた。ウェッブの分光器が決定的な証拠を与え、チームは単に存在を検出するだけでなく、銀河の化学組成を調べることができた。
ここが、単なる遠方銀河の発見記事よりも強いところだ。初期宇宙の多くの天体はかすかな光点として見えるが、その進化段階について主張できるほど確信を持って化学的に記述できるものははるかに少ない。今回、チームはそれを実現できたと主張している。
LAP1-Bは最初の星々について何を教えてくれるのか
より広い科学的関心は、1つの銀河を超えている。天文学者たちは何十年にもわたり、宇宙の金属量を増やし始めた最初の恒星集団の証拠を見つけようとしてきた。そうした星々は大質量で寿命が短く、直接観測するのが難しかったはずだ。しかし、その痕跡は、まだ富化がごくわずかだった時期に形成された銀河に残っている可能性がある。
もしLAP1-Bが本当に、これまでに知られている最も金属量の少ない初期銀河なら、最初の星形成の波によって形作られた環境の代理となりうる。それは、原始ガス雲がどれほど速く崩壊したのか、最初の超新星が周囲の物質をどう変えたのか、そして後の世代の銀河が重い元素をどれほど速く受け継いだのかについての理論を検証する助けになるかもしれない。
この研究は5月13日にNature誌に掲載されており、急速に進む分野の一部でもある。ウェッブはすでに、初期銀河の明るさ、質量、構造に関する期待を書き換えてきた。LAP1-Bのような化学的に原始的な系は別種の証拠を加え、驚くほど多様な初期宇宙の下にも、より原初的な状態を保つ天体がまだ存在することを示している。
より大きな全体像
再電離時代は、宇宙史の中でも最も重要でありながら、最も研究が難しい時期の一つだ。この時代、最初の光を放つ天体が、宇宙を満たしていた中性水素の霧を変え始めた。現代宇宙がどのように可視化され、構造化されたのかを理解するには、その時代を生きた銀河を理解することが不可欠だ。
LAP1-Bだけでこの物語が解決するわけではない。しかし、極めて貴重な基準点を提供する。これは宇宙がまだ若かった時代に見つかった超微弱な系であり、その極端な貧金属性は、後の銀河と比べて化学的な処理をあまり受けていないことを示唆している。
それは、この発見が単なる記録更新ではないことを意味する。ウェッブがこの分野を、検出から診断へと変えつつあることを示す証拠なのだ。天文学者たちはもはや古代銀河を見つけるだけではない。彼らはその歴史を詳細に読み始めており、LAP1-Bの場合、その歴史は化学的複雑性そのものの始まりにかなり近いところまで遡るように見える。
この記事はUniverse Todayの報道に基づいています。元記事を読む。
Originally published on universetoday.com
