東京大学宇宙線研究所の藤本征史氏（現在はコペンハーゲン大学のドーン・フェロー）、大阪大学大学院理学研究科宇宙地球科学専攻の長峯健太郎教授らの国際研究チームは、アルマ望遠鏡を使った観測によって、宇宙誕生後およそ10億年の時代にある銀河の周囲に、半径約3万光年におよぶ巨大な炭素ガス雲があることを世界で初めて発見しました。
炭素は、宇宙がビッグバンによって誕生した時には存在しておらず、星の中の核融合反応によって作られ、星の最期である超新星爆発によって星の外に放出されたものです。今回の観測によって、炭素は星の外だけでなく、宇宙初期の銀河周辺にもばらまかれて巨大な炭素ガス雲を形成していたことが、初めて明らかになりました。これまでの理論モデルでは、宇宙初期の銀河の周りにこのように巨大な炭素ガス雲の存在は予言されていませんでした。今回の発見は、従来の宇宙進化の考え方に一石を投じるものです。
今回の発見を可能にしたのは、高い感度を持つアルマ望遠鏡が取得した複数の初期銀河の観測データを、アルマ望遠鏡データアーカイブをくまなく調べて集め、重ね合わせるというアイディアでした。これによって、従来の約5倍に達する極めて高感度のデータを得ることができ、銀河の周りに広がる淡い炭素ガスを浮かび上がらせることに成功しました。この炭素ガスの広がりは、ハッブル宇宙望遠鏡で撮影された銀河内の星の広がりのおよそ5倍にもなる、非常に巨大な構造であることが分かってきました。

この研究成果は、S. Fujimoto et al. “First Identification of 10 kpc [CII] Halo around Star-Forming Galaxies at z=5-7”として、2019年12月16日発行の米国の天体物理学専門誌『アストロフィジカル・ジャーナル』に掲載されました。

図　アルマ望遠鏡で観測した18個の銀河の炭素ガスのデータを重ね合わせ（赤色で表示）、ハッブル宇宙望遠鏡による銀河の星の分布画像（青色で表示）と合成した画像。画像全体の視野は3.8秒角×3.8秒角 (128億光年かなたの宇宙における実スケールで7万光年×7万光年)に相当します。
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, Fujimoto et al.

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