宇宙の最初期の星 「初代星（ファーストスター）」が残した痕跡

ついに宇宙の最初期の星 「初代星（ファーストスター）」が残した痕跡が発見された


ビッグバンからわずか１億年後に出現した「初代星（ファーストスター）」のイメージ　 Credit:NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Sp

＜ビックバンからわずか数億年後に形成された宇宙で最初に誕生した世代の星「初代星（ファーストスター）」が残した痕跡が発見された..＞

宇宙で最初に誕生した世代の星「初代星（ファーストスター）」は、ビックバンからわずか数億年後に形成されたとみられる。これらの恒星は巨大で、その寿命が尽きると超新星爆発を起こしてバラバラになり、星間空間に重元素をまき散らすと考えられているが、その存在を直接示すものはこれまで見つかっていない。

東京大学の吉井譲教授と鮫島寛明特任助教は、クエーサー（銀河の中心核が最も明るく輝く天体）のスペクトルの波長強度をもとにそこに含まれる元素の存在度を推定する方法を開発。豪オーストラリア国立大学、米ノートルダム大学らの研究者とともに、ハワイ島・マウナケア天文台のジェミニ北望遠鏡で近赤外線分光観測した既知で2番目に遠いクエーサー「ULAS J1342+0928」のスペクトルを分析した。

うしかい座方向にある「ULAS J1342+0928」は131億光年の距離に位置することから、誕生からわずか7億年後の宇宙を観測していることになる。


太陽の 300 倍の質量を持つ「種族Ⅲ（宇宙で最初に形成された恒星)」の爆発のイメージ( NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine )

非常に珍しい組成の天体

分析の結果、非常に珍しい組成が見つかった。鉄に対するマグネシウムの比率が著しく低く、太陽での比率に比べて鉄が10倍も多いのだ。研究チームは、この特徴的な組成から「初代星が『対不安定型超新星』を起こした後に残された物質ではないか」と考察している。

「対不安定型超新星」は太陽の150～250倍の質量を持つ巨大な恒星が寿命を迎える際に起こると考えられている。他の超新星爆発と異なり、中性子星やブラックホールといった星の残骸を残さず、すべての物質を周囲に放出するため、「対不安定型超新星」が発生する瞬間をとらえるか、星間空間に放出された物質から化学的な痕跡を特定するしかない。

これまでも天の川銀河のハロー（銀河全体を包み込むように星間物質や球状星団がまばらに分布している球状の領域）の星の中で大質量の「種族Ⅲ（宇宙で最初に形成された恒星)」の化学的証拠を探る研究は行われており、2014年8月にはその仮同定が発表された。

しかしながら、『ULAS J1342+0928』での鉄に対するマグネシウムの極めて低い存在比を根拠に、研究チームは「今回の研究結果が『対不安定型超新星』の最も明確な痕跡だ」と主張している。

初期の宇宙で起こったことの解明

もしこの主張が正しければ、宇宙の歴史の間にどのように進化してきたのかを解明するうえで今回の研究結果は大きな意義がある。しかしその正否を検証するためには、さらに多くの観測を通じて他の天体にも同様の特徴があるのか調べる必要がある。

この研究論文の共同著者でノートルダム大学のティモシー・ビアーズ教授は「我々が探すべきものの道筋は得た」とし、「もしこれが初期の宇宙で局所的に起こっていたとしたら、我々はきっとその証拠を見つけることができるだろう」と述べている。

2022年10月12日
Newsweekより