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ファーストスターの誕生

Posted by moonrainbow on 07.2021 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
ファーストスターが誕生し”宇宙の夜明け”が訪れた時期が示される

ファーストスターやファーストギャラクシー
【▲ ファーストスターやファーストギャラクシーのイメージ画(Credit: Dr Harley Katz, Beecroft Fellow, Department of Physics, University of Oxford)】

ケンブリッジ大学は6月24日、ケンブリッジ大学やユニバーシティ・カレッジ・ロンドン(UCL)などの研究チームが、ファーストスター(初代星)が誕生し宇宙の夜明けが訪れた時期を示したと発表しました

研究チームによれば、ファーストスターが誕生し宇宙の夜明けが訪れたのは、宇宙が誕生してから2.5億年後から3.5億年後の間だと考えられるといいます。

宇宙は、138億年前に誕生しましたが、宇宙の晴れ上がりからファーストスターが誕生し宇宙の夜明けが訪れるまで、恒星などはなく、数億年に渡って、いわゆる「宇宙の暗黒時代」が続いたと考えられています。

では、ファーストスターが誕生し宇宙の夜明けが訪れたのはいつだったのでしょうか?

研究チームは、現在知られている最も遠い6個の銀河について、ハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー宇宙望遠鏡の観測データを使って、それぞれの銀河からの恒星の光を分析し、これらの銀河の年齢を2億歳から3億歳と算定しました。これによってこれらの銀河に含まれている恒星が最初に形成された時期を見積もることができます。

また、研究チームは、アルマ望遠鏡や超大型望遠鏡(VLT)、ケック望遠鏡など、名だたる地球上の望遠鏡を使って、分光測定をおこない、赤方偏移から、これらの銀河が誕生から5.5億年後の宇宙に存在していたことを突き止めました。

以上から、研究チームでは、ファーストスターが誕生し宇宙の夜明けが訪れたのは、宇宙が誕生してから2.5億年後から3.5億年後の間であることが示されたとしています。

そして、論文の共同執筆者であるUCLのリチャード・エリス教授は「私達は(NASAの)ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の打ち上げを本当に楽しみに待っています。私達はジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡には宇宙の夜明けを直接観測する能力があると信じています」とコメントしています


Image Credit: Dr Harley Katz, Beecroft Fellow, Department of Physics, University of Oxford

2021-07-01
Soraeより

宇宙の膨張率「ハッブル定数」は時代と共に変化?

Posted by moonrainbow on 26.2021 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
物理法則の見直しが迫られる可能性も

今回の研究を示したイメージ
【▲ 今回の研究を示したイメージ。異なる時代に起きたIa型超新星の観測データをもとに、ハッブル定数の値が一定の傾向で変化している可能性が示された(Credit: 国立天文台)】

国立天文台のMaria Dainotti氏らの研究グループは、宇宙の膨張の歴史をより詳細に描き出すこで、宇宙の膨張率を示す「ハッブル定数」が時代とともに変化している可能性を示した研究成果を発表しました。国立天文台は今回の成果を受けて、宇宙を支配する物理法則の見直しが必要になる可能性があると言及しています

およそ138億年前のビッグバンによって誕生したとされるこの宇宙は、現在まで膨張を続けているとみられています。その膨張率を示すハッブル定数は、宇宙の物理法則を論ずる上で重要な数値の一つとなっています。

ハッブル定数を求める方法は幾つか提唱されていますが、主に「Ia型超新星(本来の明るさがほぼ一定)やケフェイド変光星(本来の明るさは変光周期が長いものほど明るい)といった本来の明るさがわかる天体までの距離を利用する方法」と「初期宇宙に由来する宇宙マイクロ波背景放射(CMB)のゆらぎを利用する方法」の2通りがあります。ところが、前者と後者の方法でそれぞれ求められたハッブル定数には、9パーセントほどの違いがあることが知られていました。

研究グループは今回、ハッブル定数の算出にも用いられている超新星の一種「Ia型超新星」の観測データがまとめられたカタログを活用。1000個以上のIa型超新星を地球からの距離に応じて幾つかの範囲に区分けした上で、各区分におけるハッブル定数を算出したところ、その値は区分によって異なることが明らかになったといいます。宇宙では遠くにある天体ほど過去の姿を見せていることになりますから、距離によって変化がみられるということは、すなわち時代によってハッブル定数が変化していることを意味します。

前述のように、ハッブル定数は算出する方法によってその値が異なり、現在の宇宙における超新星や変光星の観測データをもとに算出した値のほうが大きく、初期の宇宙に由来するCMBの観測データをもとに算出した値のほうが小さいことが知られています。発表によると、今回得られたハッブル定数の値の変化にも、これまでに算出されてきた値と同様の傾向が見られたといいます。

国立天文台では、今回の研究で示されたハッブル定数の変化について、観測の選択効果(観測対象の選択や測定の方法に由来する偏り)や超新星の性質の時間変化が影響した可能性もあるものの、膨張宇宙のモデルにおいて定数(一定)とされてきた暗黒エネルギーの影響が、時間とともに変化していることで説明できるかもしれないと言及。もしも暗黒エネルギーの影響によるものであれば、宇宙を支配する物理法則の見直しが迫られる可能性があるといいます。研究グループでは、今後も解析データを増やして研究を続ける予定です


Image Credit: 国立天文台

2021-05-19
Soraeより

初期宇宙で起きた劇的な現象

Posted by moonrainbow on 05.2021 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
初期宇宙には星形成の銀河が多数 LOFAR電波望遠鏡で明らかに

初期宇宙には星形成の銀河
欧州に設置されている世界最大級の電波望遠鏡「LOFAR(低周波干渉計)」で捉えられたELAIS-N1領域(2021年4月6日公開)。

爆発して超新星となる星々が輝く銀河や、ブラックホールから噴出するジェット──数十億年前の初期宇宙で起きた劇的な現象が画像に捉えられた

 欧州に設置されている世界最大級の電波望遠鏡「LOFAR(低周波干渉計)」による観測で、星形成が進む遠方の銀河とみられる電波源約8万個がかつてない精度で検出されたとする一連の研究論文が先ごろ、国際天文学誌アストロノミー&アストロフィジックス(Astronomy and Astrophysics)に掲載された。

 LOFARによる深宇宙サーベイ観測を主導した英エディンバラ大学(University of Edinburgh)のフィリップ・ベスト(Philip Best)氏は、プレスリリースで「これらの銀河の光は数十億年の旅を経て地球に到達した。つまり今、見えているのは銀河の数十億年前、大半の恒星が形成されつつあった時期の姿だ」と説明している。

 LOFAR電波望遠鏡は、アイルランドからポーランドまでの国々に個別に設置されているアンテナ7万基以上を高速光ファイバー網でつないだ巨大ネットワークから得られる信号を組み合わせる。

 これにより、超新星の爆発、銀河団の衝突、活動的なブラックホールなど、衝撃波やジェットで超高エネルギー粒子が加速される現象の研究が可能になるという。

 空の同じ領域を繰り返し観測し、それらのデータをまとめて1枚の超長時間露出画像を作成することで、研究チームは超新星として爆発する星々が放つ電波の輝きを検出できた。

 今回検出された最も遠方の天体は、宇宙の誕生から10億年しかたっていない時期のものだ。現在の宇宙の年齢は約138億年とされる。

 論文執筆者の一人、仏パリ天文台(Paris Observatory)の天文学者シリル・タス(Cyril Tasse)氏は「銀河で星形成が起こると、多数の星が同時期に爆発し、これによって超高エネルギー粒子が加速され、銀河から電磁波やエネルギーが放射され始めます」と話す。

 宇宙が誕生したビッグバン(Big Bang)から約30億年後、「星形成とブラックホール活動のピーク」を迎えた若い銀河の内部は「まさに花火大会です」とタス氏は話した。

 深宇宙の画像は、LOFAR望遠鏡を構成する多数のアンテナからの信号を結合させて生成される。使用する生データの量は4ペタバイト(1ペタ=1000兆)以上で、DVD約100万枚分に相当する


2021年4月23日
AFPより

初期の宇宙で成熟した銀河を多数観測

Posted by moonrainbow on 10.2020 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
アルマ望遠鏡などによる成果

大量の塵を含む初期宇宙の回転円盤銀河を描いた図
大量の塵を含む初期宇宙の回転円盤銀河を描いた図。赤色はガス、青色・茶色は塵を示す(Credit: B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ESO, NASA/STScI; NAOJ/Subaru)

東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構や早稲田大学の研究者らも参加する国際共同プロジェクト「ALPINE(アルパイン)」は、約120億年前の複数の銀河を観測した結果、これらの銀河が予想よりも早く成熟した段階まで進化していたことが明らかになったとする研究成果を発表しました

発表によると、銀河の多くは約138億年前に始まったとされる宇宙の歴史の早い段階で形成されたと考えられており、渦巻状の構造、数多くの星、塵(星間塵)や重い元素の増加といった現在観測されている銀河の特徴は、宇宙誕生から10億~15億年後にあたる銀河の急成長期に形作られたとみられています。そのため、私たちが住む天の川銀河をはじめとした銀河の形成史を理解するには、初期宇宙の銀河を観測することが重要だといいます。

そこでALPINEに参加する研究者らは、初期の宇宙で成長しつつある118個の銀河を調べました。ALPINEは初期宇宙の銀河を多波長で調べる初の大規模探索プロジェクトで、チリの電波望遠鏡群「アルマ望遠鏡」をはじめ、ハワイのマウナケア山頂にある「すばる望遠鏡」や「ケック望遠鏡」、ESO(ヨーロッパ南天天文台)の「超大型望遠鏡(VLT)」、それに「ハッブル」や「スピッツァー」といった宇宙望遠鏡の観測データが用いられています

重元素(水素やヘリウムよりも重い元素)や塵は恒星内部の核融合反応や超新星爆発によって生成されてきたとみられており、時代が下るにつれて銀河に存在する重元素や塵の量は増えていきます。重元素や塵が十分に多い銀河は、研究者から成熟した銀河とみなされます。宇宙が誕生してからそれほど時間が経っていない初期宇宙では成熟した銀河は少ないと考えられていたものの、ALPINEが観測した銀河のうち約20パーセントは重元素や塵が豊富な成熟した段階であることが明らかになったといいます


アルマ望遠鏡が観測した2つの銀河
アルマ望遠鏡が観測した2つの銀河。大量の塵(黄色)がみられることから成熟した段階にあると考えられている。星形成活動や星の動きを調べるためにガス(赤色)も観測された(Credit: B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ALPINE team)

また、初期宇宙では銀河どうしが衝突しやすく、不規則な形の銀河が多いとも予想されていたといいます。しかしALPINEによる観測の結果、初期宇宙の銀河の形態は多様で、衝突の影響がみられず整然と回転する円盤銀河も多いことが判明したといいます。

アルマ望遠鏡はこれまでにもビッグバンから10億年ほど経った時代の塵が豊富な銀河「MAMBO-9」や、約124億年前の回転円盤銀河「DLA0817g」(ヴォルフェ円盤とも)を発見しています。こうした銀河が初期宇宙では一般的な存在だったのか、それとも特殊な存在だったのかは明らかではありませんでしたが、初期宇宙の多数の銀河を観測したALPINEによって、銀河はこれまで考えられていたよりも早く進化していた可能性が示されたことになります。

ただ、これらの銀河がいかにして急速な成長を遂げたのか、一部の銀河がどうやって早い段階で回転円盤を持つに至ったのか、その理由はわからなかったといいます。ALPINEの研究グループでは今後、長時間の観測を通してそれぞれの銀河をより詳しく調査したいと考えているとのことです


初期宇宙の円盤銀河「ヴォルフェ円盤(DLA0817g)」
初期宇宙の円盤銀河「ヴォルフェ円盤(DLA0817g)」を描いた想像図(Credit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

Image Credit: NASA/JPL-Caltech

2020-10-29
Soraeより

初期宇宙に超大質量ブラックホールを取り囲む6つの銀河

Posted by moonrainbow on 10.2020 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
ビッグバンから9億年後の宇宙で超大質量ブラックホールを取り囲む6つの銀河

初期宇宙の巨大なフィラメント構造を描いた想像図
超大質量ブラックホールと6つの銀河が存在していた初期宇宙の巨大なフィラメント構造を描いた想像図(Credit: ESO/L. Calçada)

イタリア国立天体物理学研究所(INAF)のMarco Mignoli氏らの研究グループは、初期の宇宙において超大質量ブラックホールを取り囲むように存在していた6つの銀河が観測されたとする研究成果を発表しました。今回の成果は、天の川銀河をはじめとした多くの銀河の中心に存在するとされる超大質量ブラックホールがどのように成長してきたのか、その過程を理解する助けになるかもしれません

研究グループによると、今回ESO(ヨーロッパ南天天文台)の「超大型望遠鏡(VLT)」などを使って観測された6つの銀河と超大質量ブラックホールは、ビッグバンから9億年ほどしか経っていない初期の宇宙において、幅およそ10万光年とされる天の川銀河の300倍以上の大きさに広がるガスでできた「蜘蛛の巣」のようなフィラメント構造に存在していたといいます。フィラメントを「蜘蛛の巣の糸」と表現するMignoli氏は、ガスはフィラメントに沿って流れることが可能で、銀河はフィラメントどうしが交差する場所において成長していたと語ります。

また、6つの銀河に囲まれていた超大質量ブラックホールの質量は、この時代においてすでに太陽の10億倍に達していたとみられています。近年ではビッグバンから10億年以内という早い時代に存在していた太陽の数億倍以上の質量を持つ巨大なブラックホールが幾つか報告されていて、超大質量ブラックホールが急成長できた謎を解くための研究が進められています。

発表では、暗黒物質(ダークマター)が集まったハローが大量のガスを引き寄せたことで形成されたと考えられている「蜘蛛の巣」のようなフィラメント構造やそこで進化した銀河の中に、超大質量ブラックホールの急成長を支えられるだけのガスが含まれていた可能性に言及。ジョンズ・ホプキンス大学のColin Norman氏は、大規模構造における暗黒物質ハローの内部で巨大なブラックホールが成長したとする説を支持する結果が得られたと語ります。

なお、今回発見された銀河は最大級の光学望遠鏡でも数時間の観測が必要なほど暗く、現在の望遠鏡で観測できる最も暗い銀河の一部だといいます。INAFのBarbara Balmaverde氏は「私たちは氷山の一角を目にしたにすぎないと信じています」とコメントしています


Animation of the web of the supermassive black hole



Image Credit: ESO/L. Calçada

2020-10-02
Soraeより
 

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