こちらは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が観測した、ろくぶんぎ座の一角。右下にはその一部の拡大画像が挿入されています。


【▲ ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のNIRCam（近赤外線カメラ）で観測したろくぶんぎ座の一角と、初期宇宙の銀河「MoM-z14」の拡大画像（Credit: Image: NASA, ESA, CSA, STScI, Rohan Naidu (MIT); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI)）】

ノイズとして見落としてしまいそうなほど小さなこの光は、発表時点で観測史上最遠の可能性がある銀河の候補「MoM-z14」です。MoM-z14は半径約74パーセク（約240光年）と非常にコンパクトな銀河でありながら、爆発的な星形成活動が起きていたと推測されています。


マサチューセッツ工科大学（MIT）のRohan Naiduさんを筆頭とする研究チームは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を用いた観測データの分析を通じて、この銀河がビッグバンから約2億8000万年後という極めて初期の宇宙に存在していた可能性が高いことを示した研究成果を発表しました。言い方を変えれば、JWSTは約135億年以上の時間をかけて届いたMoM-z14からの光を捉えた可能性があることになります。


観測史上最遠の記録を更新する可能性

研究チームは今回、ウェッブ宇宙望遠鏡の観測装置「NIRCam（近赤外線カメラ）」による撮像と、「NIRSpec（近赤外線分光器）」による分光観測（電磁波の波長ごとの強さの分布を示すスペクトルを得る観測手法）のデータを分析しました。


その結果、MoM-z14の赤方偏移（※）はz=14.44と測定されました。この数値が確定すれば、これまで最遠とされていたJADES-GS-z14-0（z=14.18、研究チームの論文から）の記録を塗り替えることになります。


また、分光観測では、水素による特徴的なスペクトルの落ち込み（ライマンアルファブレイク）や、窒素・炭素といった元素からの輝線が検出されたとしています。


ただし、これらは現時点での解析結果であり、今後の追加観測や第三者の検証によって、赤方偏移の値などが修正される可能性がある点には留意が必要です。


※…宇宙の膨張によって天体からの光が引き伸ばされて波長が長く（赤く）なる現象（宇宙論的赤方偏移）を示す数値で、zで表される。zの値は遠方の天体ほど大きい。


【▲ ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のNIRCam（近赤外線カメラ）で観測した初期宇宙の銀河「MoM-z14」。冒頭の画像の拡大画像を切り出したもの（Credit: Image: NASA, ESA, CSA, STScI, Rohan Naidu (MIT); Image Processing: Joseph DePasquale (STScI); Edit: sorae編集部(トリミング)）】

予想を上回る明るさと豊富な窒素

MoM-z14で特筆すべきは、その古さだけではありません。当時の銀河としての理論予測を大きく上回る明るさを示していることや、窒素からの光が強く検出された点にも研究者は注目しています。


ビッグバン直後の宇宙にはほぼ水素やヘリウムしか存在しておらず、それよりも重い元素（天文学では重元素や金属と総称される）は、恒星内部の核融合反応や超新星爆発などを通じて生成されてきたと考えられています。つまり、重い元素の量が増えるには、それなりの時間が必要なのです。これほど初期の宇宙で窒素が豊富に見られるのはめずらしく、通常の星形成だけでは説明がつきにくいとされています。


それに、従来の宇宙形成モデルでは、宇宙誕生から数億年という初期の段階でこれほど明るい銀河が存在するのは稀なことだと考えられています。研究チームはMoM-z14の明るさについて、太陽の数千倍から数万倍の質量を持つ超大質量星（supermassive stars）の存在や、球状星団のような高密度な環境での特殊な星形成が関与している可能性に言及しています。


“宇宙の夜明け”に向けたさらなる探求

MoM-z14の発見は、ろくぶんぎ座（六分儀座）の方向にある「COSMOSフィールド」と呼ばれる領域を対象とした「Mirage or Miracle（蜃気楼か奇跡か）」という観測プログラムの一環でもたらされました。略して「MoM」と表記されるプログラムの名称には、極めて遠方の明るい銀河が蜃気楼（mirage）のような光学観測上の幻なのか、それとも奇跡（miracle）のような観測例なのかを検証するという、研究チームの意図が反映されています。


NASA（アメリカ航空宇宙局）のプレスリリースでは今回の研究成果について、宇宙で最初の世代の星が誕生した頃の「宇宙の夜明け」に向けて、観測可能な宇宙の境界をさらに押し広げるものだと述べられています。MoM-z14の発見は、最初期の星や銀河がどのように生まれたのかという謎を解くための、重要な足がかりの一つとなることが期待されます。


 


文／ソラノサキ　編集／sorae編集部


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