宇宙初期の銀河に「星の燃料」となる巨大なリザーバーを発見

宇宙が誕生してからわずか約7億年後、つまり現在の年齢の約5％に過ぎなかった極めて若い時期に、すでに急速な成長を遂げ、星を形成する能力を備えた銀河が存在していました。国際的な天文学者チームは、2台の強力な電波望遠鏡を駆使し、このプロセスの「燃料」となる物質の姿を初めて直接捉えることに成功しました。王立天文学会月報（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）に掲載されたこの研究結果は、宇宙最初期の巨大銀河がどのように形成されたかという定説に、新たな視点を提示しています。

調査の対象となったのは、赤方偏移z=7.3の地点で観測された銀河「REBELS-25」です。この銀河は、初期の星々や銀河が周囲の中性水素をイオン化し、宇宙の姿を劇的に変えていった「宇宙の再電離」と呼ばれる時代に位置しています。これまで天文学者たちは、このような初期の巨大天体には、新しい星を誕生させる主原料である「冷たい分子ガス」が大量に蓄えられているはずだと推測してきました。しかし、信号が極めて微弱であることや、遠方では宇宙マイクロ波背景放射の影響が障害となることから、これまでは直接的な証拠が不足していました。

今回の発見において決定的な役割を果たしたのは、米国ニューメキシコ州の超大型干渉電波望遠鏡群（VLA）と、チリのアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ALMA）による観測です。VLAを用いることで、研究チームは冷たいガスの確実な指標となる一酸化炭素（CO）の微かな放射を検出することに成功しました。これは、同様の検出例としては現在までに報告された中で最も遠い記録となります。さらにALMAのデータがこの知見を補完し、ガスの温度、密度、および分布の正確な推定を可能にしました。その結果、REBELS-25には太陽の約1000億倍もの質量に相当する冷たい分子ガスが含まれており、それが銀河内の通常の物質（バリオン）の約95％を占めていることが判明しました。それと比較すると、この銀河内でこれまでに形成された星の質量は、まだ大幅に少ない状態にあります。

この銀河は、その驚くべき成熟度で注目を集めています。これまでの研究により、この銀河が回転円盤や大量の塵を持ち、重元素の含有量も比較的高いことがすでに明らかになっていました。そこに今回、巨大なガスの貯蔵庫の存在が新たにリストに加わったのです。「今回の結果は、ビッグバンからわずか7億年後という早い段階で、銀河が新しい星を形成するための膨大な冷たいガスの蓄えをすでに保持していたことを証明しています」と、研究の筆頭著者であるライデン大学のカリン・チェスコン氏は述べています。

本研究には、チリの宇宙物理学・関連技術センター（CATA）およびディエゴ・ポルタレス大学の天文学者、マヌエル・アラベナ氏も寄与しました。アラベナ氏によれば、このような発見は、初期宇宙の特定のシステムがいかにしてこれほど急速に材料を蓄積できたのかを解明する大きな助けとなります。これが必ずしも初期宇宙の典型的な姿であるとは限りませんが、REBELS-25は極めて示唆に富む実例であり、科学者たちは今後、同様のリザーバーがどの程度普遍的に存在していたかを確認するための強力な手段を手に入れたことになります。

この発見は、「宇宙の夜明け」の謎を解き明かす上での重要な一歩となります。将来的には、次世代VLA（ngVLA）のようなさらに高感度な観測装置によって、より多くの初期銀河で冷たいガスの存在を確認できるようになるでしょう。現時点の成果だけでも、非常に若い宇宙において、後に現代の宇宙の骨格を成す構造が爆発的に成長するための環境がすでに整っていたことが明確に示されています。これは、初期の宇宙がいかに活動的で、未知の驚きに満ちた場所であったかを私たちに再認識させてくれます。