米国立電波天文台(NRAO)は9月23日、アルマ望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡による初期宇宙の観測で、星の材料を使い果たした“ガス欠”状態の大質量銀河を6つ発見したことを発表した。
同成果は、米・マサチューセッツ大学アマースト校のケイト・ウィテカー准教授が率いる「REQUIEMプロジェクト」によるもので、米・テキサス大学オースティン校ハッブルフェローのジャスティン・スピルカー氏 、米・アリゾナ大学のクリスティーナ・ウィリアムズ氏らが参加した共同研究チームによるもの。詳細は、英科学誌「Nature」に掲載された。
REQUIEMは、「REsolving QUIEscent Magnified galaxies at high redshift」の略で、直訳すれば「高赤方偏移での静かな拡大銀河の解決」という意味になる。同プロジェクトの目的は、ハッブル宇宙望遠鏡を用いて、強い重力レンズ効果を天然の望遠鏡として利用し、星形成休眠中の銀河をより高い解像度で観測するのと同時に、アルマ望遠鏡を用いて、対象の銀河内の星間塵が放つミリ波の観測を実施し、銀河内のガスの量を推測するというものである。これにより、銀河の内部で何が起きているのかが明確に把握できるようになるとされている。
ビッグバンから約38万年後、宇宙の温度が十分に冷えて、陽子が電子を捉えることができるようになり、大量の水素と、それに次ぐヘリウム、そしてリチウムなどのわずかな元素が誕生した結果、光子が直進できるようになった。これは「宇宙の晴れ上がり」イベントと呼ばれているが、この時点で、星形成の材料である水素やヘリウムを主成分とする星間ガスは、大量にあったと見られており、その星間ガスが数億年をかけて集まった結果、第1世代の恒星(ファーストスター)が誕生したと考えられている。
その後、大質量ブラックホールを中心に星々が集団を形成して銀河を形成するようになり、その銀河の中でも星が次々と誕生させていったが、こうした銀河は猛烈な勢いで活動しており、極めて短時間で多量の星を生み出していったと考えられ、数十億年の後に星形成にブレーキをかけたと考えられてきた。
しかし今回の研究では、初期宇宙の6つの銀河が観測されたが、その観測の結果、それらの銀河で星形成が停止したのは、冷たいガスを星に変換する効率が急激に低下したためではなく(ブレーキがかかったわけではなく)、銀河内のガスが枯渇したか、外部に取り除かれた結果であることが判明したという。
なぜこのようなことが起きたのかは、現時点ではわかっていないという。ただし、外部からのガスの供給が絶たれたか、あるいは銀河中心に位置する大質量ブラックホールによる膨大なエネルギーの放射で銀河内のガスが高温になったままであるかのどちらにより、ガス欠状態になっていると考えられるとしている。
なお、6つの銀河のうちの4つでは、塵からの電波がそもそも検出されなかったという。これは、銀河の星に対して塵の量が1万分の1以下しかないことを示唆しているとする。仮に塵とガスの存在比が天の川銀河と同じだとしても、これらの銀河におけるガスの総質量は、星の総質量の100分の1しかないことになるという。
REQUIEMプロジェクトから、これらの銀河がガス欠状態になっていること、何かがガスの補充と新しい星の形成を妨げていることが明らかにされたが、初期の大質量銀河で起きる星形成活動を何が支配しているのかという問いについては、まだ解決の一歩目を踏み出したにすぎないともしている。
ウィテカー准教授は、「大質量銀河がなぜこれほど宇宙初期に形成されたのか、また大量の冷たいガスが容易に手に入っていたのになぜ星の形成を止めてしまったのかについては、まだ多くのことがわかっていません。この巨大な宇宙の怪物たちが約10億年の間に1000億個の星を形成した後、突然星の形成を停止したという事実だけでも、私たちにとってはぜひとも解明したい謎です。REQUIEMは、その最初の手がかりを提供してくれました」とコメントしている。
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ハッブル宇宙望遠鏡により撮影された銀河団「MACSJ 0138」の画像に、アルマ望遠鏡のデータが合成された画像。拡大画像にはオレンジや赤の明るい点が見えるが、これはアルマ望遠鏡で観測された冷たい星間塵の広がりだ。この冷たい星間塵は、銀河団内の銀河に存在する星の形成に必要な冷たい星間ガス(水素ガス)の量を推測するのに役立つという (C)ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO), STScI, K. Whitaker et al.(出所:国立天文台アルマ望遠鏡プロジェクトWebサイト)
