宇宙最初の星は太陽の40倍　観測からの推定とシミュレーションが一致

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【2011年11月11日 東京大学 数物連携宇宙研究機構／京都大学】

宇宙が誕生して最初にできた星々の質量は太陽の40倍程度であるというシミュレーション結果が出た。観測に基づく推定では太陽の数十倍と予想されており、今回のシミュレーション結果と一致した。宇宙初期の歴史がまた一つ明らかになったと言えそうだ。

原始星誕生から32万年後の様子

シミュレーションによる原始星誕生から32万年後の様子。星が大きくなるにしたがって、周囲のガスを加熱し、原始星にガスが落ち込むのを妨げている。クリックで拡大（提供：京都大学 / JPL-Caltech / NASA）

137億年前に誕生した宇宙には、ほぼ水素とヘリウムしか存在していなかった。そこから星が誕生し、核融合によって様々な元素を合成することで今のような宇宙になったと考えられている。しかし、水素とヘリウムしかなかった時代にどのようにして最初の星「ファーストスター（初代星）」ができたのか、それがどのくらいの大きさであったのかは、よくわかっていなかった。

これまでの研究では、まず太陽の100分の1程度の原始星が誕生し、その周りに水素やヘリウムのガスが落ち込むことで初代星ができたらしいというところまではわかっていた。宇宙初期にはガスが大量に存在しているため、この初代星はガスを大量に集めることで、太陽の数百倍という非常に巨大な恒星になっていたのではないかと予想されていた。

このような巨大な星は、できてすぐに超新星爆発などで重い元素を作り、それを宇宙に撒き散らしていったと考えられる。しかし最近の元素量の観測から予想される宇宙最初の星は太陽の数十倍程度であったといわれており、食い違いが存在していた。

京都大学をはじめとする国際研究チームは、原始星ができてから10万年経った後、初代星はどこまで成長するのかというシミュレーションを行った。その結果、太陽の20倍程度の重さになったところから、周囲のガスを加熱し、ガスが星に降り積もってくるのを邪魔するようになった。最終的に太陽の数百倍という非常に重い星が誕生することはなく、太陽の40倍程度の重さを持つところで成長が止まってしまうことがわかった。

これにより、これまでの理論的な食い違いが初めて解消された。初代星形成の理論の進展などに大きな影響を与えそうだ。

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