131億年前の初期宇宙における銀河の合体をアルマ望遠鏡が観測

131億光年先の合体銀河「B14-65666」の想像図（Credit: 国立天文台）

国立天文台は6月18日、橋本拓也氏と井上昭雄氏を中心とした研究チームによる南米チリの「アルマ望遠鏡」を使った観測により、観測史上最古となる131億年前の合体銀河が見つかったと発表しました。

ビッグバン直後の宇宙には、水素やヘリウムといった軽い元素しか存在していませんでした。軽い元素をもとにして恒星が誕生すると、核融合反応によって水素がヘリウムに、ヘリウムが炭素や酸素にと変換されていきます。

やがて寿命を迎えた恒星が超新星爆発を起こすと、核融合によって生み出された元素は広くまき散らされ、その一部は集まって塵となります。こうして誕生した元素や塵を観測することは、ビッグバンに近い時期の宇宙でどのように恒星が誕生し、そして散っていったのかを理解するのに役立ちます。

初期の宇宙における銀河の形成や成長過程の解明を目的に、研究チームが「ろくぶんぎ座」の方向およそ131億光年先にある銀河「B14-65666」をアルマ望遠鏡で観測したところ、酸素や炭素、塵が発する電波をそろって検出することに成功しました。従来の遠方銀河を対象とした観測では酸素や塵は見つかっていたものの、炭素も含めた3つのシグナルが一度に観測されたのは今回が初めてとなります。

また、過去の「ハッブル」宇宙望遠鏡による観測で、B14-65666には隣り合うように見える星の集団が2つ存在することがすでに判明していました。今回の観測結果をもとに地球から各集団までの距離を精密に調べた結果、2つの集団が移動する速度はそれぞれ異なるものの、地球からの距離はほぼ同じであったことから、これらの星の集団は隣り合っているように見えるのではなく、実際に隣り合って存在していることがわかりました。

こちらの画像は、アルマ望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡によって観測されたB14-65666のデータを合成したものです。アルマ望遠鏡によって観測された酸素は緑、炭素は黄、塵は赤、ハッブル宇宙望遠鏡によって観測された星の分布は青で色分けされています。

アルマ望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡によって観測された合体銀河B14-65666（Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, Hashimoto et al.）

さらに、今回の観測結果と過去のデータを総合的に分析した結果、B14-65666にある2つの星の集団を合わせた質量は太陽の8億倍（太陽の1000億倍と推定される天の川銀河の全質量の100分の1以下）で、天の川銀河の100倍というペースで新しい星が形成されていることも判明しました。

「隣り合うほど近くに存在する2つの星の集団」で、当時の銀河と比較しても「活発に星が形成されている」。以上の点を踏まえた研究チームは、「B14-65666では131億年前の小さな銀河どうしが衝突して合体しつつある」と結論付けたのです。

研究チームは今後、窒素や一酸化炭素といった別の元素や分子の検出を通して、銀河が進化していく過程でどのように物質が蓄積されていったのか、その過程の解明を目指していく予定です。

 

Image credit: 国立天文台
https://www.nao.ac.jp/news/science/2019/20190618-alma.html
文／松村武宏