「最も遠い酸素」発見

Posted by moonrainbow on 17.2018 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
132.8億光年先の銀河から「最も遠い酸素」発見

銀河MACS1149-JD1を合成した画像

 132億8000万光年先の銀河から酸素の存在を示す電波を検出したと、大阪産業大や国立天文台などの国際研究チームが発表しました。これまでで最も遠い宇宙での酸素検出という。論文は2018年5月16日付の英科学誌ネイチャーに掲載されました

 大阪産業大の橋本拓也博士研究員らは、しし座方向の遠い銀河を南米チリにあるアルマ電波望遠鏡で観測。酸素が存在する場合に特徴的に見られる波長の電波を検出しました

 宇宙は膨張を続け、遠方の銀河は地球から遠ざかっているため、検出された電波の波長は引き延ばされています。波長の伸びから距離を逆算すると、この銀河は132億8000万光年先にあることが判明しました。 

 宇宙は約138億年前のビッグバンで誕生し、水素とヘリウム、微量のリチウム以外の元素は、その後に生まれた恒星内部の核融合反応で合成されたと考えられています。今回の観測は宇宙誕生から5億年余りたった時代を見ていることになり、検出された酸素は第1世代の星で作られた後、寿命を迎えた星の爆発によって、銀河にばらまかれたと考えられます

132.8億光年かなたの銀河MACS1149-JD1の成長のようす



2018年5月17日
時事通信より

宇宙誕生から10億年も経たない時代に2つの巨大な銀河

Posted by moonrainbow on 16.2017 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
ダークマターの大海原に浮かぶ巨大原始銀河

SPT0311-58.jpg
SPT0311-58。アルマ望遠鏡による画像(赤)とハッブル宇宙望遠鏡による画像(青と緑)を合成。重力レンズ効果を生みだしている手前の銀河は2つの銀河の間(緑)に写っている(提供:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Marrone, et al.; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); NASA/ESA Hubble)

アルマ望遠鏡による観測で、宇宙誕生から10億年も経たない時代に2つの巨大な銀河が見つかりました。初期宇宙で銀河の構成要素となる小さな星の集団が予想以上に短い時間で合体し、銀河の進化が進んでいたことを示す観測結果です

ビッグバンから数億年後の宇宙に存在した生まれたばかりの銀河は、現代の矮小銀河と共通点が多いと考えられています。数十億個の星が含まれる原始銀河が集まって、誕生から数十億年後の宇宙で大多数を占める大きな銀河になったというのです

しかし、アルマ望遠鏡による観測で、宇宙誕生からおよそ7億7000万年後の時代に非常に巨大な銀河が見つかりました。宇宙の年齢が現在のわずか5%であったころに、銀河の構成要素となる小さな星の集団が予想以上に短い時間で合体し、巨大銀河の形成が進んでいたことを示す結果です

米・アリゾナ大学のDan Marroneさんたちの研究チームがアルマ望遠鏡で観測したのは、とけい座の方向に位置する「SPT0311-58」と呼ばれる天体です。南極点望遠鏡で発見された当初はこの天体は1つに見えており、赤外線の強さなどから、塵が極めて多く爆発的な星形成が進んでいる銀河であることが示唆されていました

アルマ望遠鏡と重力レンズ効果を利用した詳細な観測により、この銀河までの正確な距離が求められ、さらに実は衝突しつつある2つの銀河であることがわかりました。2つの銀河間の距離は非常に小さく、地球から天の川銀河の中心まで(約2万6000光年)よりも近い。このため2つの銀河はほどなく合体し、この時代に発見されたものとしては史上最大の銀河になると考えられています

発見された原始銀河が存在しているのは、「宇宙の再電離」と呼ばれる時代です。この時代には、宇宙で一番最初に誕生した星々が放つ紫外線によって宇宙を満たしていた中性水素ガスが電離され、紫外線が遠くまで届く現在のような透明な宇宙になったと考えられています。「これまでは『宇宙の再電離時代には、小さな銀河が周囲のガスを少しずつ電離していった』という見解が普通でした。しかしアルマ望遠鏡の観測に基づけば、宇宙の最初期から巨大な銀河が存在していたようなので、この見解は改める必要があります」(Marroneさん)

観測された銀河の像は重力レンズ効果によって歪められているが、コンピューターモデルで元の像を得ることができます。天体像の再構築の結果、2つの銀河のうち大きい方では1年間に太陽2900個分もの星が誕生していることがわかりました(天の川銀河では1年間に数個程度)。また、この銀河には太陽2700億個分の質量のガスと太陽30億個分の質量の塵が存在することもわかりました。天の川銀河の質量は太陽約1000億個分なので、とても巨大な銀河です。「この銀河がとても若いことを考えると、塵の量はあまりに莫大です」(米・テキサス大学 Justin Spilkerさん)

研究チームでは、この激しい星形成活動はもう一方の小さい銀河との近接遭遇によって引き起こされたと考えています。小さい方の銀河にも太陽350億個分の質量の星が存在し、1年間に太陽540個分の星が生まれています

宇宙初期の巨大銀河ペアの想像図
宇宙初期の巨大銀河ペアの想像図。この時代の銀河は、大量のガスが降り積もったり周囲の銀河との衝突や合体が進んでいたりするため、近傍宇宙に見られる銀河ほど整った形をしていなかったと考えられている(提供:NRAO/AUI/NSF; D. Berry)

今回の観測では、2つの銀河を取り巻く巨大な暗黒物質の集まり(ダークマターハロー)の存在も示唆されました。計算や理論予測によると、ハローの質量は太陽の数兆個分にも及ぶとみられており、宇宙再電離時代における最大級のものの一つであることがわかりました

巨大な原始銀河やダークマターハローの発見は、巨大銀河の誕生と宇宙における巨大構造形成に対して暗黒物質が果たす役割を解明するうえで、重要な手がかりを与えてくれるでしょう

「次のアルマ望遠鏡の観測では、銀河がどれくらい早いペースで作られるのかを理解し、宇宙再電離期における巨大銀河の理解を進めることができるでしょう」(Marroneさん)

2017年12月13日
AstroArtsより

初期宇宙に大質量のスターバースト銀河を発見

Posted by moonrainbow on 23.2017 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
10億歳の宇宙に、大質量スターバースト銀河のペアが存在

相互作用銀河「ADFS-27」
相互作用銀河「ADFS-27」。(中央の四角内)ハーシェルとAPEXによる観測データを合成した天体像、(右側の四角内)アルマ望遠鏡による高解像度観測による画像(提供:NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; ESA/Herschel; ESO/APEX; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); D. Riechers et al. 2017)

宇宙がほんの10億歳だったころの初期宇宙に、珍しい大質量のスターバースト銀河が発見されました。追加観測の結果、単独と思われた天体の正体は、合体する運命にある2つの巨大な銀河であることが明らかになったのです

初期宇宙に存在する原始的な銀河は現在の宇宙に見られる銀河とは異なり、天の川銀河よりもはるかに小さい。そこから数十億年かけて星形成や銀河同士の衝突合体を経て、徐々に大きな銀河へと成長していくと考えられています。しかし、ごく一部ですが、初期宇宙にも巨大な銀河が存在しています

米・コーネル大学のDominik Riechersさんたちの研究チームは、ヨーロッパ南天天文台の電波望遠鏡「APEX(Atacama Pathfinder EXperiment)」を使って、かじき座の方向に存在する銀河をサブミリ波の波長で観測し、赤さが際立っていること、長い波長で観測するほど明るく見えることを明らかにしました

もともとこの天体はヨーロッパ宇宙機関の赤外線天文衛星「ハーシェル」の観測により発見されたものです。銀河中の星を生み出す雲の中の塵から赤外線が放射されることや、宇宙膨張によって遠方銀河の光の波長が引き伸ばされることが理由で、こうした銀河は赤外線からサブミリ波の波長で明るく輝いて見えます。つまりAPEXの観測結果は、この銀河中で星形成が進んでいること、地球からかなり離れた天体であることを示唆しています

Riechersさんたちがアルマ望遠鏡でも追加観測を行ったところ、一酸化炭素と水蒸気が見つかり、銀河までの距離が127億光年と計算されました。宇宙の誕生からわずか10億年後に、すでにこの大質量銀河が存在していたということになります

アルマ望遠鏡による高解像度観測は、さらに驚きの結果をもたらした。「より詳しく調べた結果、この天体は実は2つの銀河であり、互いに合体する運命にあることがわかったのです」(Riechersさん)。銀河間の距離は約3万光年で、銀河同士は互いに秒速数百kmで接近しています

「馬(Horse)」と「竜(Dragon)」という愛称が付けられた相互作用銀河「ADFS-27」の質量はどちらも天の川銀河ほどで、これは同時代に存在する銀河の10倍から100倍も大きい。銀河内に存在する星形成ガスの量は天の川銀河の約50倍もあり、天の川銀河の約1000倍も速い猛烈なペースで星形成が進んでいます。両銀河は数億年のうちには合体し、1つの大きな楕円銀河となるかもしれないと推測されています。珍しい存在ではあるものの確かにこの種の銀河が初期宇宙にあり、さらに数十億年後の宇宙に見られる、より大質量の銀河の元になることを示す観測結果です

「高光度のスターバースト(爆発的星形成)銀河1つだけでも異例の発見ですから、2つの近接した高光度スターバースト銀河の発見は、本当にびっくりです」(Riechersさん)

Riechersさんたちはアルマ望遠鏡やヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡VLTを使って星の種族や塵を観測し、2つの銀河を詳しく調べています。理論的には2つの銀河の周囲に小さな衛星銀河が存在すると考えられており、その探索も行われている。2019年に打ち上げ予定のジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡も、謎の解明に大きく貢献するでしょう

2017年11月20日
AstroArtsより

ビッグバンからほんの8億年後の宇宙

Posted by moonrainbow on 13.2017 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
8億歳の宇宙のライマンアルファ銀河から探る宇宙再電離

発見された23個のライマンアルファ銀河
(小さな白い四角)発見された23個のライマンアルファ銀河、(黄色い四角)最も明るいライマンアルファ銀河2つ(提供:Zhen-Ya Zheng (SHAO) & Junxian Wang (USTC))

ビッグバンからほんの8億年後の宇宙に、小さな星形成銀河が一度に20個ほど発見されました。宇宙の再電離を引き起こした初代の銀河の多くは、さらに以前に形成されていた可能性を示す観測結果です

ビッグバンから約30万年後の宇宙は暗く、星も銀河も存在しない宇宙は中性の水素ガスで満たされていました。ある時に最初の銀河が現れ、その強い紫外線によって周囲の銀河間ガスが電離され闇が照らし出されて、宇宙の暗黒時代が終わったと考えられています

この劇的な変化はビッグバンの約3億~10億年後の間に起こったことが知られていますが、最初の銀河がいつ形成されたのかを決定するのは非常に困難です。これらの銀河から放射された紫外線は中性の銀河間ガスに強く吸収や散乱されてしまい、検出が難しいためです

中・上海天文台のZhenya Zhengさんたちの研究チームはチリのブランコ4m望遠鏡に設置されたダークエネルギーカメラ「DECam」を使って、「Lyman-Alpha Galaxies in the Epoch of Reionization:LAGER(電離時代のライマンアルファ銀河)」と名付けたサーベイ観測を実施しました。水素のライマンアルファ線で光る小さな星形成銀河が中性水素ガスに取り囲まれていると銀河は見づらいが、ガスが電離すれば銀河が検出しやすくなるので、こうしたライマンアルファ銀河の人口調査を行うことで銀河間ガスが電離された時代、ひいては宇宙初代の銀河がいつ形成されたのかを推測することができます

観測の結果、ビッグバンから8億年後の宇宙に存在していたライマンアルファ銀河の候補23個が発見されました。一度にこれほどの多くのライマンアルファ銀河が発見されたのは初めてのことです。これまで同時代に検出されていたライマンアルファ銀河の数は20個ほどだったので、今回の結果により一気に数が倍ほどに増えたことになります

一方でこの数は、ビッグバンから10億年後の宇宙に比べると4分の1でしかないのです。この結果は、宇宙の電離プロセスはもっと早い時期に始まり、ビッグバンから8億年後の時点では銀河間ガスの半分が中性で半分が電離しているという状態で電離プロセスがまだ完了していなかったことを示唆しています。「ビッグバンから8億年後の時点ですでに銀河間ガスの50%が電離していたことを発見しました。銀河間の中性水素ガスを電離させ宇宙を照らし出した初代銀河の大部分が、それ以前の時代に形成されたことを示すものです」(中国科学技術大学 Junxian Wangさん)。

2017年7月18日
AstroArtsより

大質量の円盤銀河が初期宇宙に発見

Posted by moonrainbow on 11.2017 宇宙の誕生   0 comments   0 trackback
初期宇宙に存在した星生成を止めた大質量の円盤銀河

銀河団「MACS J2129-0741」と重力レンズ効果を受けた銀河「MACS 2129-1」
銀河団「MACS J2129-0741」と重力レンズ効果を受けた銀河「MACS 2129-1」。一番下の囲みは重力レンズ効果がなかった場合の見え方(提供:Science: NASA, ESA, and S. Toft (University of Copenhagen), Acknowledgment: NASA, ESA, M. Postman (STScI), and the CLASH team)

重力レンズ効果を利用したハッブル宇宙望遠鏡による観測で、高速自転する大質量の円盤銀河が初期宇宙に発見されました

従来、遠方(初期宇宙)に存在する星生成を止めた銀河の構造は、近傍宇宙に存在する楕円銀河と似ていると考えられてきました。これを観測的に確かめるため、デンマーク・コペンハーゲン大学のSune Toftさんたちはハッブル宇宙望遠鏡を用いて、みずがめ座の方向にある銀河団「MACS J2129-0741」による重力レンズ効果で拡大された遠方の銀河「MACS 2129-1」を観測しました

さらに、ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡の観測などと合わせて、この銀河が星生成を止めた、高速自転する大質量の円盤銀河であることが明らかになりました。質量は天の川銀河の3倍もあるが大きさは半分しかなく、回転速度は天の川銀河の2倍以上速いのです。宇宙誕生の数十億年後という早い段階で星生成を止めた円盤銀河としては初の観測例となります

この結果は、初期宇宙で星生成を終えた銀河の少なくとも一部は円盤銀河であり、それが現在見られるような巨大楕円銀河へと進化したことを示す初めての観測的証拠です。「星形成が止まってしまった銀河が楕円銀河だけでなく円盤銀河であり得るという事実に気づかなかったのは、単に今までの観測では、その姿を解像することができていなかっただけなのかもしれません」(Toftさん)

MACS 2129-1で星生成が止まってしまった理由は不明ですが、銀河中心の活動的なブラックホールの影響などが考えられています

2017年6月28日
AstroArtsより
 

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