JWSTが新たに4つの古代銀河を発見！今度は「ビックバンの3億年後」

2021年12月にジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の運用が開始されて以来、常識を覆すような発見が続いています。

中でも注目されているのが、ビッグバン後のかなり早い時期に巨大な銀河が見つかったというものです。これは宇宙がどのように進化したかの理論を揺るがすものです。

そして新しく、観測史上最も古い4つの古代銀河を発見したとの報告がもたらされました。

これらの銀河を扱った2つの研究によると、4つのうち最も古い銀河は、ビッグバンから3億2000万年後にできたものであり、太陽質量の1億倍程度で規模は小さいが、宇宙初期の銀河としては驚くべき速度で星形成がされているという。

研究の詳細は、2023年4月4日付の科学誌『Nature Astronomy』に2本の論文（リンク1、リンク2）で掲載されています。

目次

• JWSTが観測史上最も古い4つの銀河を発見
• 質量の小さい4つの古代銀河では「急速な星形成」が見られた

JWSTが観測史上最も古い4つの銀河を発見

高性能なジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、私たちに新たな知見をもたらしています。

例えば、2023年2月には、ビッグバンからわずか5億～8億年後に出現した大質量銀河を6つも発見しました。

ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡の性能が凄すぎて「ビッグバン宇宙論」が修正を迫られる

これら銀河の質量は太陽質量の1000億倍だったため、銀河の誕生後にかなり急速に成長したと考えられます。

ところが、その成長速度は現行の理論ではありえないため、研究者たちは、新しく発見された大質量銀河の存在が「現在の宇宙論モデルと99%矛盾している」と述べ、大きな話題を呼びました。

そのため多くの人々は、この発見が単なるミスなのか、それとも宇宙論に修正をもたらすものなのか、今後の解明を期待しています。

そんな中、JWSTが「新たに4つの銀河を発見した」と報告しました。

Credit:B. E. Robertson（University of California）et al., Nature Astronomy（2023）（PDF）

これは、これまでに観測された中で最も古い銀河となり、地球から130億光年以上の領域、つまりビッグバンから3億～5億年後に誕生したものと推定されています。

これら4つのうち最も古い銀河は、ビッグバンから3億2000万年後に誕生しています。

これは、ビッグバンによる暗黒時代が過ぎた後に、宇宙にある物質が再電離を引き起こしたタイミングであり、宇宙の初期の天体が誕生した「宇宙の夜明け」とも呼ばれている時代です。

では、発見された古代銀河はどのような性質を持っていたのでしょうか？

質量の小さい4つの古代銀河では「急速な星形成」が見られた

研究チームが古代銀河の質量を測ったところ、「4つとも非常に小さい」と判明しました。

古代銀河の質量は太陽質量の1億倍しかなく、天の川銀河（太陽質量の1.5兆倍と推定）と比べると、非常に小さいものです。

Credit:NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt（Wikipedia）_銀河系

そして研究チームによると、これらの銀河は「非常に速いペース（天の川銀河とほぼ同じ速度）で星形成が行われている」とのこと。

今回の2つの論文の共著者であるステファン・シャーロット氏も、「宇宙の初期の銀河としては、驚くべき速度だ」と述べました。

現在の宇宙論の標準モデルによると、宇宙の初期では、星を形成するための材料である重元素（酸素や鉄など）が不足しており、当時の星のほとんどは水素やヘリウムでゆっくりと形成されると考えられています。

天の川銀河の星形成速度は現在の宇宙の中では平均的な水準と考えられているため、古代銀河の星形成の速度が、天の川銀河と同程度であることは大きな発見だと言えるのです。

ちなみに今回の研究では、4つの古代銀河には金属などの重元素があまり含まれていないと分かりました。

この点について新しく発見された「初期宇宙の銀河4つ」は、現行の宇宙論モデルと矛盾していません。ただ星形成の速度は現行の理論を上回るスピードとなっています。

Credit:NASA/ESA and the Hubble Heritage Team (AURA/STScI)/HEIC（Wikipedia）_星形成

今回の発見は、2023年2月に観測された6つの大質量銀河と同様に、現行の宇宙論のモデルにいくらか調整を加える可能性があります。

アメリカ・イェール大学（Yale University）の天文学者ピーター・ヴァン・ドックム氏が「最前線はほぼ毎月動いている」と述べるように、JWSTによる観測データは、現在進行形で天文学を推し進めているのです。

しかも今回の発見によって、まだ観測されていない領域は「ビッグバン（始まり）から約3億年間」だけになりました。

今後も科学者たちは、JWSTによって宇宙の始まりに近づき続け、天文学を更新していくのでしょう。

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参考文献

James Webb telescope discovers the 4 oldest galaxies in the universe, born just 300 million years after the Big Bang https://www.livescience.com/james-webb-telescope-discovers-the-4-oldest-galaxies-in-the-universe-born-just-300-million-years-after-the-big-bang JWST Captures Details of The Four Most Distant Galaxies Ever Seen https://www.sciencealert.com/jwst-captures-details-of-the-four-most-distant-galaxies-ever-seen

元論文

Spectroscopic confirmation of four metal-poor galaxies at z = 10.3–13.2 https://www.nature.com/articles/s41550-023-01918-w Identification and properties of intense star-forming galaxies at redshifts z > 10 https://www.nature.com/articles/s41550-023-01921-1