水素の霧が晴れた?131億年前に突然現われた銀河たち

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初期宇宙において、観測される銀河からの光が急激に増えていることが、すばる望遠鏡の観測からわかった。中性水素の“霧”が晴れる現象「宇宙再電離」が関わっている可能性が高く、初期宇宙の出来事を探る大きな手がかりとなりそうだ。

【2014年11月20日 東京大学宇宙線研究所

東京大学宇宙線研究所などの研究チームが、すばる望遠鏡での観測により、水素原子が放つ「ライマンα輝線」という光がとても明るい銀河(Lyman alpha emitter=LAE銀河)をビッグバンから7億年後の宇宙に7個見つけた。

131億光年先のLAE銀河
131億光年先のLAE銀河(2本の白い線の間)。クリックで印なしで拡大(提供:東京大学/国立天文台)

これまでの観測結果からの推測では、この時代の宇宙にある銀河は数十個見つかるだろうと予想されていたが、実際に見つかった数はとても少なかった。観測される銀河の数がこれより後に急増したことを表しており、誕生間もないころの宇宙でLAE銀河が突然姿を現したようすが初めて描き出された。

銀河の明るさの変化グラフ
銀河が放つライマンα輝線の明るさの変化グラフ。宇宙年齢が7億年の時代を調べた今回の観測結果は、8億~10億年のころの明るさから推測した予測値よりもはるかに低く、急激に明るくなっていったことがわかる(提供:東京大学/NASA/ESA)

LAE銀河が急に現れた理由としてまず考えられるのが、宇宙に広がっていた中性水素の“霧”が、星や銀河が放つ紫外線によって電離されて晴れたことだ。「宇宙再電離」と呼ばれるこの現象はビッグバンから約10億年後(約128億年前)に終わったことはわかっているが、いつ始まりどのように進んだかは大きな謎のままである。

その他には、LAE銀河の周りにかたまって存在していた中性水素が消えた、あるいはLAE銀河自体が明るくなったという可能性も考えられるが、いずれにしても「今回の発見は宇宙再電離とそのころのLAE銀河の性質を理解する上で大きな手がかりとなった」と研究チームの大内正己さんは話している。

3つの可能性のうちどれが正しいかを調べるために、すばる望遠鏡のさらに広視野のカメラ(Hyper Suprime-Cam)や建設中のTMT望遠鏡を用いた観測が計画されている。宇宙再電離がどのように起こったのか、銀河がどのように生まれたのかという謎の解明に期待したい。