TSUKUBA FUTURE #124：初期宇宙の実像を観測で解き明かす
数理物質系 橋本 拓也 助教
宇宙が诞生したのは今から138亿年前。その直后に超高温?高圧の火の玉状态となり、大爆発（ビッグバン）を起こします。その后、宇宙は膨张を続け、温度が下がっていく过程で、星や星の集まりである银河が生まれました。
これが、现代宇宙论に基づく、初期宇宙形成のシナリオです。では、最初の银河が生まれたのはいつごろで、どのように成长を遂げてきたのでしょうか。南米チリの巨大电波望远镜「アルマ望远镜」やジェームズ?ウェッブ宇宙望远など最新鋭の観测装置の登场で、人类はその姿を実际に捉えつつあります。桥本さんも、こうした宇宙の根源的な谜の解明に取り组む一人で、次々に新しい知见を报告しています。
そんな桥本さんが「これまでの研究生活で最もインパクトがあった」と语るのが、2018年5月に英科学誌ネイチャーに掲载された论文です。桥本さんは当时、大阪产业大学の博士研究员。同大の井上昭雄准教授（现早稲田大教授）らとともに、地球から132.8亿光年离れた银河に酸素が含まれていることを突き止めました。アルマ望远镜を使った成果で、酸素が観测された银河としては最远方でした。
これは何を意味しているのでしょうか。
まず、地球からの距离が一つ目のポイントになります。远く离れた天体から光や电波が届くには时间がかかります。132.8亿光年先の银河を捉えたということは、132.8亿年前（宇宙诞生から约5亿年后）の银河の姿を见たということです。つまり、この研究は、酸素を含む最古の银河を観测したということになります。
二つ目のポイントが酸素の検出です。実は、ビッグバン直后の宇宙には水素など軽い元素しかありませんでした。より重い酸素は、水素が集まってできた星の中で进む核融合反応で初めて作られました。桥本さんたちの観测结果は、诞生から约5亿年后の宇宙には、星の中で作られた酸素が既に大量にあったことを示しているのです。桥本さんたちは、他の観测データも合わせ、この银河ではビッグバンから2.5亿年后には活発な星の形成が始まっていたと推定しました。
「当初はそんな远方の银河から酸素が検出できるとは思ってもらえず、アルマ望远镜の観测时间を确保するのに苦労した。観测结果が出た时は、兴奋して眠れなかった」と桥本さんは振り返ります。
银河がお互いの重力で集まった集団を银河団と呼びます。桥本さんたちは、最远方（131.4亿光年先）の原始银河団をジェームズ?ウェッブ宇宙望远镜とアルマ望远镜で観测することにも成功しました。その结果、多くの银河が狭い领域に集まることで、星の成长と死のサイクルが急速に进んでいることが分かりました。
桥本さんたちが観测した原始银河団の密集部分には四つの银河があり、このうち叁つから尘が検出されたからです。その一方で、密集部分以外からは尘は见つかりませんでした。
重い星は一生を终える际に超新星爆発を起し、さまざまな元素をまき散らします。その元素が结びついて尘となり、それが新しい星の材料になります。つまり、尘が见つかった密集部分は、それ以外の部分に比べて、星の生と死のサイクルが急速に进んでいたのです。
地球に比较的近い银河の観测から、银河同士が密集した环境の方が、个々の星の生死のサイクルが速く进むことが分かっていました。これを「环境効果」と呼びます。桥本さんたちの研究は、宇宙诞生から约7亿年前の银河団で「环境効果」が既に生じていたことを明らかにするものでした。また、これら四つの银河の将来をシミュレーションしたところ、数千万年以内により大きな一つの银河になると予测されました。
この研究は、今年9月に开かれた日本天文学会秋季年会の注目研究に选ばれました。
桥本さんたちの研究から见えてくるのは、星々の诞生と死が活発で、银河が衝突?合体を繰り返すダイナミックな初期宇宙の姿です。
桥本さんが宇宙に関心を持ったのは、小学生の时。観测史上最大とも言われるヘール?ボップ彗星を见て宇宙に目覚めたそうです。さらに、宇宙図鑑で美しい银河の存在を知り、远くの银河、つまり过去の银河を解き明かしたいと考えるようになったとか。
「つかみどころがない谜を追いかけることが楽しい。これからも星や银河の形成など初期宇宙の谜を解明し、人类の知の地平の拡大に贡献したい」と桥本さんは话します。
桥本さんも所属する本学の宇宙史研究センターでは、南极大陆の内陆部高原地帯に口径10尘级の电场望远镜を建设し、远方宇宙にある暗黒银河などの観测を目指しています。电波観测の邪魔になる水蒸気が大気中に少ない一方、晴天率が高く、地球上で最も観测に适した场所だからです。それに先立ち、口径30㎝の小型电波望远镜を南极に设置することが决まりました。桥本さんたちの一层の活跃が期待されます。
（文責：広報局 サイエンスコミュニケーター）