これまでで最も遠い銀河が初期宇宙を垣間見せる

宇宙空間で物体が遠くにあるほど、その光が地球や地球周回軌道の宇宙望遠鏡に届くまでの時間は長くなります。つまり、超遠方の銀河は、地球上の科学者に何十億年も前の出来事を見せてくれるのです。宇宙空間をより深く観察することで、天文学者はさらに遠い過去を見つめることができます。

天文学者たちは新たな分析で、非常に遠くにある銀河を正確に特定しました。それはビッグバンからわずか 7 億年後に何が起こっていたかを示しています (現在、ビッグバンから約 140 億年が経過しています)。z8_GND_5296 と呼ばれるこの銀河は、天文学者が発見した最も遠い銀河ではありません。この銀河はドップラー効果に基づく距離の尺度で赤方偏移が 7.5 であり、天文学者たちは赤方偏移 9.5 と赤方偏移 10 の銀河を発見したと確信しています。しかし、z8_GND_5296 は地球からの距離を確認する特定のテストに合格した最も遠い銀河です。また、宇宙の歴史のある節目に何が起こったかを明らかにするのにちょうどよい年齢を示しているようです。

「分光学的確認はゴールドスタンダード」

これほど遠くにある銀河の面白いところは、吸血鬼が鏡に映らないのと同じように、超遠方の銀河は可視光線を測定する機器には映らないということだ。しかし、それら（吸血鬼ではなく銀河）は、感度の高い赤外線機器には映る。なぜなら、それらは非常に遠くにあるため、それらが発する光は可視光線よりも長い波長に引き伸ばされるからだ。

この研究のために、米国、イスラエル、イタリアの天文学者チームが、赤外線での見え方に加え、z8_GND_5296 の距離に関する証拠を集めた。天文学用語で言えば、チームは銀河の距離を「分光学的に確認」した。「分光学的確認は宇宙の距離を測定するためのゴールドスタンダードです」と、研究の主任研究者であるスティーブン・フィンケルシュタイン氏は、ポピュラーサイエンス誌に語っている。

フィンケルスタイン氏のチームは、この銀河と近隣の銀河からのデータも使用し、この銀河が示す期間は、初期宇宙の大部分を満たしていた中性水素ガスがイオン化された時期と一致するという仮説を立てた。彼らのデータは、再イオン化の時代がいつ起こったかを正確に特定するのに役立つ。

z8_GND_5296 が見た目ほど遠くなく、その光もそれほど古くない可能性がまだある。天文学者がこれまでに収集したデータはすべて、赤方偏移が 1.8 であるという仮説にも当てはまる。2 つ目の分光学的証拠があればその可能性はなくなるが、2 つ目の線を見つけるのはほぼ不可能だと、天文学者のジェームズ・ダンロップ氏はPopular Scienceに語っている。ダンロップ氏は、フィンケルシュタイン氏のチームがデータを引き出した Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey のエグゼクティブ ディレクターだが、フィンケルシュタイン氏の研究には直接関わっていない。将来的には、より高性能な赤外線機器を備えたジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によって、z8_GND_5296 までの距離がさらに確認されるかもしれない。

「これは十代の銀河だ」

ポピュラーサイエンスが連絡を取った2人の外部研究者、ペンシルベニア州立大学のダンロップ氏とロビン・シアダロ氏は、z8_GND_5296の赤方偏移は1.8ではなく7.5である可能性が高いと考えていると述べた。ダンロップ氏は、天文学者がどちらの説明の可能性が高いと考えるかに関係なく、フィンケルスタイン氏の新しい論文のデータは確実で信頼できると述べている。超遠方銀河のデータの確実性は、以前にも問題になったことがある。ダンロップ氏は、ネイチャー誌に掲載された、赤方偏移8.3の銀河に関するそれほど説得力のない分光データを報告した別の論文を思い出した。ネイチャー誌は後にその論文を撤回した。

フィンケルスタインは、z8_GND_5296 について、他にも興味深い点をいくつか発見した。この銀河は、1 年に太陽 300 個分の質量に相当する高い割合で星を生成している。一方、天の川銀河は、1 年に太陽 1 個か 2 個分の質量の星しか生成しない。また、この遠方の銀河には、ビッグバンのしばらく後に形成されたと考えられる元素がわずかながら含まれているが、ゼロではない。これは、この銀河が宇宙の歴史の中では初期段階にあるが、銀河の第一世代ではないことを示している。「これは 10 代の銀河です」とダンロップは言う。

フィンケルスタイン氏とその同僚は本日、その研究成果をネイチャー誌に発表した。