「スターバースト」銀河は、ウェッブ望遠鏡が提起した宇宙の夜明けの謎を解く可能性がある

空間を旅することは時間を旅することと同じです。たとえば、天文学者が 100 光年離れた星を見ると、その光が私たちに届くまでに長い時間がかかったので、100 年前の姿と同じように見えます。したがって、これを観測可能な宇宙の端まで拡張すると、120億年以上前の過去、つまり最初の星が点火して初期の銀河が形成された「宇宙の夜明け」として知られる時代を実際に見ることができるのです。

ジェームズ ウェッブ望遠鏡は、時空を遠くまで見ることができるほど強力な最初の望遠鏡でした。天文学者らは、まだ形成途中の「原銀河」が見られると期待していたが、驚いたことに、望遠鏡で発見された銀河は、今日の銀河と同様に、かなり高度で成熟しているように見えた。しかも異常値は 1 つや 2 つではなく、数十もあります。これは単に奇妙であるだけでなく、銀河がどのように形成されるかについての私たちの理解を根底から覆す可能性があり、宇宙論の標準モデル自体に疑問を投げかける可能性さえあります。

そこで今回の新しい研究では、ノースウェスタン大学率いる天体物理学者のチームが強力なコンピューターシミュレーションを利用して他のアイデアを調査した。その過程で、彼らはジェームズ・ウェッブの観察と一致する信号を生成する可能性を発見しました。

特に遠方から銀河の質量と大きさを推定する最も簡単な方法は、その明るさを調べることです。これはウェッブが発見された初期の銀河に対して行ったことです。しかし、チームのシミュレーションは、宇宙の黎明期の銀河は、はるかに低い質量でも同じ明るさレベルに達することができることを示した。彼らがしなければならなかったのは、急速な星形成の期間を通過することだけであり、それはまさにシミュレーションされた銀河自身が行ったことである。

この研究の筆頭著者である孫国超氏は、「重要なのは、系内で十分な量の光を短時間で再現することだ。これは、系が非常に大質量であるか、あるいは系が大量の光を素早く生成する能力を持っているため起こる。後者の場合、系はそれほど多くの質量を必要としない。星の形成が一気に起こると、閃光を放つ。これが、非常に明るい銀河がいくつか見られる理由である。」と述べた。

天の川銀河のような現代の銀河は、時間の経過とともに安定した星形成を示す傾向がありますが、シミュレーションによると、低質量の初期銀河は「スターバースト」段階を経る可能性が高く、その後、これらの古い星が消滅して別のスターバースト期間で次世代の星の形成を促進するまで、比較的静かな期間が続くことが示唆されています。

「銀河内の光のほとんどは、最も重い星から来ています」と、この研究の主著者であるクロード・アンドレ・フォーシェ・ジゲール氏は言う。 「質量の大きい恒星ほど、より速く燃焼するため、寿命は短くなります。核反応で燃料をすぐに使い果たしてしまいます。したがって、銀河の明るさは、銀河全体の質量よりも、過去数百万年の間に形成された星の数に直接関係しています。」

もちろん、シミュレーションが可能だからといって、現実の宇宙がそのように起こるわけではありません。他の技術を使用してこれらの銀河の質量を測定すれば、ウェッブ望遠鏡による追跡観測はスターバースト仮説を確認し、宇宙論の標準模型を安心させるのに役立つ可能性があります。結局のところ、スターバーストの形成は、棒銀河などの他の高次構造が本来よりも早く出現したことをどのように説明できるのでしょうか?

この研究はAstrophysical Journal Lettersに掲載された。