〜すばる×ハッブル×アルマの最強タッグで完全解剖〜現在の宇宙にある最重量級の銀河は楕円の形をしていますが、その多くは、かつては私たちが住む天の川銀河のような円盤状の形をして回転していたと考えられています。古代の銀河は、いったいどのようにしてその姿形を変えたのでしょうか?その答えの鍵は銀河の星々の多くが生まれた今から110億年前の宇宙にありました。東北大学の児玉忠恭教授を中心とする国際チームは、従来の定説である『銀河の衝突合体説』に加えて、別の進化経路があったことを示す決定的な証拠を発見しました。世界最高性能の望遠鏡群(すばる・ハッブル・アルマ)を駆使して、110億光年彼方の銀河の中心部で新たな星が爆発的に生まれていることを突き止めました。この激しい星形成活動により、銀河は合体をしなくても、自らその形を変えることができたのです。アルマ望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡で観た110億光年彼方の銀河の観測画像。アルマ望遠鏡では、銀河の中心部に活発に星が作られている場所が特定されました(画像左)。ハッブル宇宙望遠鏡の可視光画像(中央)と近赤外線画像(右)では、それぞれ巨大な星団と広がった銀河円盤が見えています。al.アルマ望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡で観測した110億光年かなたの銀河の想像図。円盤を持つ銀河の中心部で、塵におおわれた中で活発に星が作られています。円盤部には、3つの巨大星団が見えています(ハッブル宇宙望遠鏡の可視光画像で見えている星団に相当)。今からおよそ100年前、アメリカの天文学者エドウィン・ハッブルは、我々の太陽系がある天の川銀河の外側にも別の銀河が存在していることを発見しました。ここでいう円盤型という分類は、渦巻き銀河と棒渦巻き銀河の両方を含んでおり、楕円型という分類は、楕円銀河とレンズ状銀河を含んでいます。現在の宇宙にある巨大銀河の多くが楕円型に分類されますが、古い時代の銀河を観測すると大部分が円盤型であることがわかっています。古代の銀河がいつ、どのようにしてその形を変え、今日に至ったのか説明できた時、私たちは銀河の進化史を解明したと言えるでしょう。銀河の星々の多くは今から100-110億年前に生まれました。銀河の屋台骨が作られた、銀河進化史上最も重要な時代と言えます。この110億年前の銀河を調べるためには、110億光年離れた銀河を観測すればよいのです。問題となるのは、このような遥か彼方にある銀河はとても小さく、光も弱いので観測することが難しいことです。口径8.2mのすばる望遠鏡の観測でさえ、銀河は点のようにしか見えません。今回の天体の赤方偏移は、z=2.19とz=2.53でした。Results)で距離を計算すると、それぞれ108億光年と112億光年になります。距離の計算について、詳しくは「遠い天体の距離について」もご覧ください。して発見した25個の銀河を、すばる望遠鏡の3倍の解像度を持つアメリカ航空宇宙局(NASA)のハッブル宇宙望遠鏡と、日米欧などが協力で運用するアルマ望遠鏡で観測し、その内部構造を描き出す(解剖する)という戦略を取りました。今回の研究の新しい点はハッブル宇宙望遠鏡とアルマ望遠鏡の両方を駆使して、複数の観点から110億光年離れた銀河を解剖したことです。近赤外線を観測するハッブル望遠鏡では、銀河を構成する星からの光を捉え、『110億年前の時点で、銀河がどのような形をしているのか』調べることができます。アルマ望遠鏡では、星の材料である塵や分子ガスが放つ電波をとらえ、『銀河のどこで新しい星が作られているか』調べることにつながります。この2つを組み合わせることで初めて、『銀河の形がどのように進化するのか』知ることができます。ハッブル宇宙望遠鏡で観た110億光年彼方の銀河は大きな円盤状の形をしており、110億年前の時点ではまだ楕円形の銀河には進化していませんでした。アルマ望遠鏡による高解像度データの解析から、これらの銀河の中心で新たな星が爆発的に生まれていることがわかりました。推定される星形成活動の規模は天の川銀河の約40倍に相当します。これは銀河の形を変えるほど激しいものであり、円盤型から楕円型へとその形態を大きく変えつつある様子であると解釈できます。この100年間、多くの天文学者達が銀河の形態の起源を解明しようと研究を続けてきました。40年ほど前には、『円盤型の銀河同士が衝突合体し、楕円型の銀河に進化する』という銀河の衝突合体説が提唱され、現在では定説となっています。その一方で、現在の宇宙に存在する全ての楕円型の銀河が衝突合体によって形成したのかという点については疑問の余地があります。今回アルマ望遠鏡で観測した銀河は、ヨーロッパ南天天文台が運用する口径8mの望遠鏡VLT(ブイエルティー)でも観測を行っており、大規模な合体の兆候が見られないことを確認しています。今回の研究成果の科学的意義は、合体の最中ではない回転円盤を持つ銀河で、銀河の形を変えるほどの激しい星形成現象が起きていることを発見した点にあります。言い換えれば、銀河には衝突合体をしない別の進化経路があったことを示す決定的な証拠を発見したことになります。円盤型の銀河から楕円型の銀河へと進化する道筋の模式図。従来は2つの円盤型銀河が衝突合体して楕円型銀河へと進化すると考えられていました(上)。今回の観測では、円盤型銀河の中央部で激しい星形成が起きることによって楕円型へと進化する新たな道筋が明らかになりました(下)。以下の講演にて発表されます。アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に掲載されました。この研究を行った研究チームのメンバーは、以下の通りです。Serviceとの二国間交流事業(共同研究)による支援を受けて行われました。ここでいう円盤型という分類は、渦巻き銀河と棒渦巻き銀河の両方を含んでおり、楕円型という分類は、楕円銀河とレンズ状銀河を含んでいます。今回の天体の赤方偏移は、z=2.19とz=2.53でした。Results)で距離を計算すると、それぞれ108億光年と112億光年になります。距離の計算について、詳しくは「遠い天体の距離について」もご覧ください。宇宙の謎アルマ望遠鏡は、成長中の2つの超大質量ブラックホールを取り巻くガスを、これまでにない精度でとらえました。イベント2019年12月18日から19日にかけて、国立天文台三鷹キャンパスにてALMA/45m/ASTEユーザーズミーティング2019が開催されました。イベント国立天文台では、2020年2月2日(日)、アルマ望遠鏡プロジェクトとその最新の観測成果をご紹介する講演会を開催いたします。フロンティア促進事業の支援を受けています。フロンティア促進事業の支援を受けています。ObservatoryDOWNLOAD画像/動画利用規定シェアツイート。