宇宙への旅人

フィラメント分裂による星誕生の証拠


オリオン座B分子雲南部とNGC 2024
（左）「ハーシェル」で観測された星形成領域「オリオン座B分子雲南部」と、同領域内にある「NGC 2024」（青い四角）。（右）「NGC 2024」領域の拡大図。3波長の赤外線データを合成した擬似カラー画像（提供：九州共立大学）

星が生まれる高密度のガスの塊のほとんどは、細長い円柱状構造のフィラメントに埋もれている。野辺山45m電波望遠鏡などによる星形成領域の観測から、そのフィラメントが分裂してガスの塊ができる証拠が得られた。

恒星は宇宙空間に漂う星間ガスが集まって誕生する。ほとんどの星間ガスは低温で暗いため、可視光線では観測できず、赤外線や電波で観測されている。2009年から2013年まで運用されたヨーロッパ宇宙機関（ESA）の赤外線天文衛星「ハーシェル」は星間ガスの大規模な観測を行い、円柱状の細長い構造である「フィラメント」を星形成領域に多数発見した。

さらに、星の素になる密度の高いガスの塊（コア）のほとんどがフィラメントに埋もれていることも明らかになった。次は、フィラメント自体の形成や、フィラメントからどのようにしてコアが生まれるのかを解明することが、星の誕生の仕組みや太陽系の形成を理解する上で重要となる。

しかし、これまでの赤外線観測では、星間ガスの形を広く詳細に調べることはできていたものの、フィラメントの周りやフィラメント内部の運動に関する情報が得られず、コアの形成メカニズムは解明されていなかった。

九州共立大学の島尻芳人さんたちの研究チームは、長野県の野辺山45m電波望遠鏡と仏・ミリ波電波天文学研究所のミリ波干渉計「NOEMA」を使って、オリオン座にある星形成領域のNGC 2024（燃える木星雲、火炎星雲）を観測し、ガスの運動を調べることができる分子の放射（分子輝線）を取得した。さらに、分子輝線のデータに加えて、ハーシェルやESAの電波望遠鏡「APEX」の観測データを詳しく分析した。

とくに野辺山45m電波望遠鏡の観測では、同時に複数の分子輝線の観測を高い速度分解能で取得できるという特徴が最大限に活かされ、様々な分子輝線の観測データが取得された。そのおかげで、幅広い密度域のガスの運動を調べることができ、ガスがフィラメント中に埋もれたそれぞれのコアに向かって動いていることが明らかになった。フィラメントが分裂してコアが形成されている可能性を示唆する成果だ。

島尻さんたちは分裂中のフィラメントと分裂していないフィラメントの単純なモデルを作り、今回の観測結果との詳細な比較を行った。その結果から、観測されたフィラメント内部のガスの動きが、分裂中のフィラメントと似た特徴を持っていることがわかり、フィラメントが分裂していると解釈できることが示された。こうした成果は、異なる密度域をとらえることができる様々な分子輝線のデータを同時に分析することで初めて見えてきたものだ。


フィラメント中のガスの動きとコアの分布のイメージイラスト
フィラメントが分裂してコアができていることを示す、フィラメント中のガスの動きとコアの分布のイメージイラスト（提供：国立天文台）

今回の野辺山45m電波望遠鏡の観測では、違う種類の分子輝線データで同じフィラメントの太さが測定され、観測する星間ガスの密度によって結果が違うことが明らかになった。また、連続波のデータから測定した太さが0.3光年であることもわかった。過去の研究と整合する結果であるとともに、フィラメントの太さが一定かどうかを確定するには、同じ種類のデータを使って色々なフィラメントの太さを測る必要性があることを示すものである。

2023年9月22日
AstroArtsより

若き原始星の産声　ウェッブ宇宙望遠鏡が観測したハービッグ・ハロー天体「HH 211」


ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の近赤外線カメラ（NIRCam）で観測されたハービッグ・ハロー天体「HH 211」

こちらは「ペルセウス座」の方向約1000光年先のハービッグ・ハロー天体「Herbig-Haro 211（HH 211）」です。ハービッグ・ハロー天体とは若い星の周囲に見られる明るい星雲状の天体のことで、若い星から恒星風やジェットとして流れ出たガスが周囲のガスや塵の雲に衝突し、励起された物質から光が発せられていると考えられています。

この画像は「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（James Webb Space Telescope：JWST）」の「近赤外線カメラ（NIRCam）」で2022年8月28日に取得したデータをもとに作成されました。ウェッブ宇宙望遠鏡は人の目で捉えることができない赤外線の波長で主に観測を行うため、公開されている画像の色は取得時に使用されたフィルターに応じて着色されています（※）。

※…この画像では1.62μmと1.64μmを黄色、2.1μmと3.23μmを青、3.35μmをシアン、4.6μmを緑、4.66μmをオレンジ、4.7μmを赤で着色しています。

ジェットは若い星から双方向に噴出するため、この画像では中央から右上と左下に向かって、バウショック（弧状の衝撃波面）を連ねた一対のハービッグ・ハロー天体が形成されています。HH 211でジェットを噴出させているのは誕生から1万年以内とみられる若い原始星で、質量が今の8パーセント程度しかなかった成長途中の頃の太陽に似た天体だとされています。

ウェッブ宇宙望遠鏡を運用する宇宙望遠鏡科学研究所（STScI）によると、この観測では過去に取得された画像と比べて5～10倍も空間解像度が高いHH 211の画像を得ることができました。ジェットは小刻みに揺れるように放出されていることから、画像中央の塵が豊富な雲の奥に隠されている原始星は連星の可能性があるようです。

ダブリン高等研究所（DIAS）のTom Ray教授を筆頭とする研究チームがウェッブ宇宙望遠鏡の観測で得られたHH 211のデータを分析した結果、この若い原始星が放出させているジェットは従来の予想に反してほぼ分子だけで構成されていて、さらに進化した段階の原始星が放出させるジェットと比べてゆっくり移動しているように見えることがわかったといいます。Rayさんによると、より単純な原子やイオンを加えることなくジェットが形成される仕組みは、今のところ謎だということです。

冒頭の画像はSTScIをはじめ、アメリカ航空宇宙局（NASA）、欧州宇宙機関（ESA）から2023年9月14日付で公開されています。

Source
Image Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, T. Ray (Dublin Institute for Advanced Studies)

2023年9月23日
sorae 宇宙へのポータルサイトより

銀河が集まってできた巨大な泡状構造を発見。ビッグバンの名残か？



宇宙で発見された巨大な泡状の構造

　私たちが暮らす天の川銀河からそう遠くない宇宙で、無数の銀河が集まってできた巨大な泡のような構造が発見されたそうだ。

　ハワイの神話にちなんで「Ho’oleilana（ホオレイラナ）」と名付けられたその泡状構造は、宇宙誕生からまもない頃に発生した波紋「バリオン音響振動」によって作られたものだという。

　この波紋が作り出した単一の構造としては、初めて見つかったものかもしれない。

　それはビッグバン理論によって予測されていたものではある。

　だが、想像以上に大きいことから、宇宙の膨張するスピードがこれまで考えられていた以上に速いものである可能性を示しているそうだ。

初期の宇宙に広がる波紋
　
まだ生まれてまもない宇宙は、液体のように振る舞う高温のプラズマでみっしりと満たされていた。

　だが少しでも密度が高いところでは、その重力で内側へ向けて崩壊し始める。その一方、放射線は外側へと広がろうとする。この2つの力のせめぎ合いによって生じたのが、プラズマを伝わる波紋だ。

　水面の波紋はただ環のように広がっていく。だがプラズマを伝わる波紋は、3次元空間を球状に広がっていく。これが「バリオン音響振動」と呼ばれるものだ。

　やがて誕生から38万年が経過すると、宇宙は十分に冷えて、それまで自由に跳ね回っていた粒子から原子が形成されるようになった。

　すると宇宙の波紋もまた止まる。その後に残されたのが、物質（銀河）が高密度で存在する領域と、ほとんど存在しない領域でできた泡のような構造である。

　その1つらしきものが、今回地球から8億2000万光年先に見つかったのだ。



超巨大な泡状構造
　
ハワイの創世神話「クムリポ」で述べられている出来事にちなみ「Ho’oleilana（ホオレイラナ）」と名付けられた泡状構造は、ハワイ大学をはじめとする研究チームによって発見された。

　ブレント・タリー氏らは、自身らが集めた「Cosmicflows-4」という宇宙のカタログに基づき、5万5877個の銀河同士の距離を測定して分析した。そうすることで広大な宇宙に銀河がどのように分布しているのか見えてくる。

　そして浮かび上がってきたのが、直径10億光年の泡と、その中心に銀河団が密集したような構造だ。

　その構造を細かく見てみると、これまでに発見された宇宙の巨大構造もこの泡の一部であることがわかる。

　たとえば、ほとんど何も存在しない領域「うしかい座ボイド」や、宇宙の巨大な壁「グレートウォール」や「スローン・グレートウォール」などで、泡のほぼ中心には「うしかい座超銀河団」もある。



宇宙の膨張は想像以上に速い？
　
このような構造があること自体は、従来のビッグバン理論から予測されていた。だがタリー氏によると、10億光年という直径は、理論から予想されるものよりも大きいのだという。

　仮にこの泡状構造の形成と進化が従来の理論通りのものであれば、このバリオン音響振動は想像以上に大きく広がっており、宇宙の膨張がこれまで考えられていた以上に速いだろうことを意味する。

　これまで宇宙の膨張スピードは推定67～74 km/s/Mpc。すなわち天体の距離が1メガパーセク（約326万光年）離れるごとに、遠ざかる速度が秒速67～74キロ速くなるとされてきた。

　だがホオレイラナは、76.9キkm/s/Mpcであることを告げている（昨年には75 km/s/Mpcとする研究も発表されている）。

Vast bubble of galaxies discovered, given Hawaiian name


Vast bubble of galaxies discovered, given Hawaiian name

　はたして本当のところはどうなのか？ それを解明するには、さらなる観測と分析が必要であるそうだ。

　この研究は『The Astrophysical Journal』（2023年9月5日付）に掲載された

2023年09月11日
カラパイアより

これまで観測された中で最も遠い場所で磁場を検出



これまで知られている中で、最も遠い場所で磁場を検出
　
地球から110億光年ものはるか彼方にある銀河に、磁場があることが判明したそうだ。これまで観測された中では、もっとも遠い磁場であるという。

　その磁場は「ASW0009io9（9io9）」というビッグバンからわずか25億年後に誕生した銀河から生じている。

　9io9を調べることで、宇宙の進化にとって大切な時期である、初期の銀河の構造を覗き込むことができるという。

宇宙の磁場
　
この広大な宇宙において、磁場はごく普通にあるものだ。

　一般的に磁場は、電気を流す性質をもつ物質が運動エネルギーを磁気エネルギーに変換（ダイナモ効果）することで生じる。

　たとえば、地球にも地磁気があり、宇宙から飛来する宇宙線や太陽風などから私たちを守ってくれているが、その発生源は地球内部にある溶けた鉄やニッケルが揺さぶられることだ。

　銀河の磁場も同じようにして発生すると考えられている。

　銀河が回転するとき、その中にある荷電ガスも回転する。これがダイナモ効果を生み出し、磁場が発生する。

　ただし、それは地球の地磁気や太陽の磁場よりもずっと弱い。

　地球の地磁気ならば0.22～0.67ガウスだが、それよりずっと巨大な天の川銀河の磁場はたったの25～60マイクロガウス（0.000025～0.00006ガウス）でしかない。

　そもそも銀河の磁場が一番最初にどうやって発生するのか不明だ。

　広大な領域で生じた磁力が、生まれてきた銀河に受け継がれるのだろうか？ それとも銀河を構成するパーツで生じた磁場が積み上げられて生じるのだろうか？

　「ASW0009io9（9io9）」銀河で見つかった磁場は、その疑問に答える手がかりを与えてくれる。


赤い弧のように見えるのが9io9銀河。中央には重力レンズがあり、それによって拡大されている / image credit:ESO/J. Geach et al.

最も遠い銀河で検出された磁場とその向き
　
今回、遠く離れた9io9銀河の磁場の向きがチリ、アタカマ砂漠に建設されたアルマ望遠鏡 (ALMA)を用いた観測によって確認された。

　9io9銀河の前には重力レンズ（星や銀河などの質量が時空を曲げることでレンズのように作用する現象）があり、そのおかげで拡大されて見える。

　英ハートフォードシャー大学の研究チームは、これを利用することで、磁場の中を進む光の波長が特定の方向に偏る様子（偏光）を測定することができた。

　その分析からは、9io9銀河の磁場が天の川付近の銀河のものとよく似ていることが明らかになっている。強さすら似たようなレベルで、500マイクロガウス以下。地球の地磁気の1000分の1程度でしかない。


アルマ望遠鏡の観測から作成された磁場マップ / image credit:

宇宙初期の内部構造を知るヒントに

　研究チームによると、この事実は、こうした銀河が成長するときに急激に磁場が形成されただろうことを物語っているという。それは銀河磁場が星々の材料となる物質と密接な関係にあるということでもある。

　初期の宇宙では、しばしば猛烈な勢いで星が誕生する。研究チームの考えでは、これが銀河磁場の発達をうながす一つの要因であるようだ。そして、こうして作られた磁場が今度はその後に生まれてくる星々に影響する。

　この発見はいわば過去の窓のようなもので、それを覗き込めば、宇宙の進化にとって大切な初期の銀河の内部構造が垣間見えるのだそうだ。

　この研究は『Nature』（2023年9月26日付）に掲載された

2023年09月09日
カラパイアより

人類より進んだ地球外文明のエネルギー源「ダイソン球」探査の恩恵


異星人が恒星の周囲に建造した巨大構造物「ダイソン球」の想像図（Getty Images)

地球外知的生命体が、どこかに存在するとしたら（今は誰もがそう考えているようだが）もしかすると人類より数十億年も文明が進んでいるかもしれない。

「テクノシグネチャー（技術文明の存在指標）探査」は、異星人による大規模な天体工学プロジェクトを対象とする探査計画につけられた魅力的な新呼称だ。現在進行中のテクノシグネチャー探査では、仮説上の構造物「ダイソン球」を対象としている。ダイソン球では特定の恒星のエネルギーが活用されると考えられるが、どのような仕組みなのかは想像するしかない。英国生まれの米国の物理学者、故フリーマン・ダイソンが最初に提唱したダイソン球は仮説上、巨大なスーパーコンピュータや人工居住地に電力を供給し、宇宙船を推進させ、高度な星間通信を実現するために利用するとされている。

ある1人のスウェーデン人天文学者の主張が正しいなら、高い知性を持つ異星人は、自分たちの暮らす惑星が公転する恒星からのエネルギーをあえて使わないようにしているかもしれない。天の川銀河（銀河系）にある恒星の約75％がM型赤色矮星（わいせい）であることを考慮すると、異星人は近くにある赤色矮星の1つのエネルギーを利用している可能性がある。筆者たちが今こうして話している間にもだ。

スウェーデンの首都ストックホルムを最近訪れた筆者は、より理解を深めるために、このテーマに関して最近どのように考えているかについて、ウプサラ大学の天文学者エリク・ザクリソンと膝を交えて議論した。

現在、ザクリソンと指導する博士課程学生の1人は、欧州宇宙機関（ESA）が作製した銀河系の恒星カタログ「ガイア（Gaia）」と赤外線天体カタログを調べて、ダイソン球の候補を探す作業を進めている。

ザクリソンとウプサラ大の博士課程学生マティアス・スアソは、英国王立天文学会の学会誌『Monthly Notices of the Royal Astronomical Society（MNRAS）』に学術論文を投稿する予定だ。ザクリソンの研究チームは、太陽系の最も近傍の恒星500万個から始めて、現在のところ約10個の暗い赤色矮星を、ダイソン球をともなう有力候補としてリストアップした。名前が知られている天体は1つもない。だが、チームの次の論文では、候補の星の詳細なフォローアップ観測を実施する予定だ。

■異星人が赤色矮星の利用を選択した理由

第一の理由は、赤色矮星の推定寿命が何百億年～数十兆年だからだ。つまり、宇宙の年齢におよぶほど極めて長持ちするエネルギー源となるわけだ。

赤色矮星を利用するのは、単に近くにあるからというだけかもしれないと、ザクリソンは筆者に語った。

■どのようにしてダイソン球を探すのか？

可視光では暗く、赤外線では明るく見えると考えられ、これが最初の証拠になると、ザクリソンは説明する。問題は、同じような挙動を示す自然の天体が存在することだと、ザクリソンは続ける。最も多いのが若い恒星に分類される天体で、塵（ちり、固体微粒子）に包まれた状態のため、赤外線では輝くが、恒星の可視光の一部を遮るからだ。

異星人は非常に進歩しているため、何も無駄にはしないと主張する人々もいる。だが、熱力学法則の理解のとおり、ある形態のエネルギーを別の形態に変換すると、最終的には必ず廃棄物が発生してしまう。ダイソン球は、この廃エネルギーを何らかのかたちで取り除く必要があるという。これを実現するための最も自然な形は、黒体放射（赤外線の熱放射）だと、ザクリソンは指摘する。

ダイソン球の検出を証明することの最も難しい側面は何だろうか。

これはダイソン球につきものの問題だ。なぜなら天文学的データの外れ値を探すことになるからだと、ザクリソンは説明する。単にこれまで確認されたこともないような極端な天体物理学的現象ではなく、ダイソン球なのだと自分自身が確信することが非常に難しいと、ザクリソンはいう。

ダイソン球は、赤外域では完全な連続スペクトルとして放射を発する。つまり、スペクトルにピークが1つもないと考えられる。

米航空宇宙局（NASA）のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を利用できれば、赤外域のスペクトルを観測して、ピークがあるかどうかを確認できるかもしれないとザクリソンは話す。ピークがあれば、塵として退けるだけでよいという。

■結果がどうであれ、天文学にとって有益な探査を計画する

現在、検出している対象がダイソン球やデータベースの異常値ではないとしても、少なくとも極端な天体物理学的現象を検出していることになるので、天文学は恩恵を受けると、ザクリソンは指摘する。既存のデータベースを用いるこの研究は、費用も安価で実行しやすいが、非常に多くの時間を要するとザクリソンは続ける。

不要なサンプルを取り除く作業の大半を基本的に人工知能（AI）に実行させることで、研究者が自ら非常に多くの候補を調べなくても済む。この処理には時間がかかる可能性があるが、一度に全部やる必要はないとザクリソンは話した。

2023年9月4日件
Forbes JAPANより