地元の恒星の墓地が銀河の始まりを明らかにするかもしれない

約20億年前、天の川銀河はおよそ100万個の星の塊を飲み込み、銀河の重力によって2万7000光年の長さの恒星の川に引き裂かれた。現在、銀河が飲み込んだおやつが残骸となったものを調べた新しい研究は、それが宇宙のこの片隅で生まれたのではないことを示唆しており、このユニークな起源は天の川銀河の初期の集まりを理解するのに役立つかもしれない。

この珍しい星の集まりは、それが見える星座にちなんで「フェニックス・ストリーム」と呼ばれており、かつては球状星団、つまり密集した古代の星の群れであった細長い星の列である恒星ストリームとして知られている。

天の川銀河のハロー（冷たくまばらな空間）の周縁部には、約 150 個の球状星団が知られている。しかし、フェニックスに含まれる数十個の明るい赤色巨星の化学組成を研究者が調べたところ、奇妙なことに気づいた。それらの星々は、水素やヘリウムよりも重い元素の存在を示す「金属度」が異常に低かったのだ。

パサデナのカーネギー天文台の天文学者で、水曜日にネイチャー誌に掲載されたこの最近の論文の共著者であるティン・リー氏によると、天文学者たちは星団にはいわゆる「金属量下限」があるはずだと推定している。つまり、一定量の金属がなければ星団は形成されないはずだということだ。問題はそこにある。フェニックスストリームの星の金属量は太陽のわずか0.3～0.4パーセントであることがわかった。つまり、星団は「金属量下限」よりはるかに低い位置にあるということだ。理論的には、それは存在しないはずだ。では、なぜ存在するのだろうか？

「[金属量の低さは]、フェニックスが今日見られるすべての全球状星団とは異なる時期に、異なる場所で形成されたことを示しています」と、シドニー大学の天文学者でこの研究論文の著者の一人であるジェラント・ルイス氏は言う。フェニックスは球状星団の前の世代を代表するものであり、その星々は最終的に引き裂かれ、天の川銀河のありふれた星々に混ざり合うだろうと彼は付け加える。

フェニックスが一体どこから来たのかを解明するため、シドニー大学の博士課程の学生であるジェン・ワン氏と国際的な研究チームは、天の川銀河のハローにある星の流れを見つけて地図を作るプロジェクトである南半球恒星流分光調査の一環として、アングロ・オーストラリアン・テレスコープを使用しました。これらの恒星流は、天文学者が恒星考古学と呼ぶ、宇宙の時計を巻き戻して銀河の構成を再構築するのに特に役立ちます。

天の川銀河は、ものを食べて成長してきた。密集した星の集団が天の川銀河に近づきすぎると、より大きな銀河の重力によって引き寄せられる。合体が終わった後、飲み込まれた天体の痕跡として残るのは、天の川銀河を蛇行する恒星流の触手だけだとゲラント氏は言う。これは、はるか昔に消滅した星団の星々の小さなサンプルだ。フェニックス流が私たちの銀河系に生息するようになったのは、このためかもしれない。

しかし、球状星団がそもそもどのようにして生まれたのかは、いまだに宇宙の謎である。ルイス氏によると、現在の理解では、初期の宇宙ではガス雲が崩壊して点火し、実質的に「一気に」100万個の星が形成されたとされている。新たな発見はこれに異議を唱え、宇宙に球状星団がはるかに少なかった時代にも球状星団が出現したことを示唆している。「ここで私たちが見ているのは、それらがすべて同時に、あるいは同じ場所で形成されたわけではないということです。以前の世代があったようです」とルイス氏は言う。

この発見は刺激的だと、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの研究員で、この研究には関わっていないアナ・ボナカ氏は言う。「これが氷山の一角に過ぎないことを願います。銀河系を周回する何十もの同様の恒星の流れの中に、初期宇宙からの使者がもっといるかもしれません。」

フェニックスの兄弟の痕跡の探索が進められている。研究者たちは、欧州宇宙機関のガイア宇宙船や待望のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などの高性能の宇宙観測装置が、同様に低金属で天の川銀河の激動の歴史を物語る天体の発見を急増させることを期待している。

「他の恒星の流れを観察することで、どのくらいの物質がいつ食べられたかがわかります」とルイス氏は言う。「そして、これらすべてのジグソーパズルのピースを組み合わせれば、天の川銀河がどのように誕生したかの全体像を描き出すことができます。」