高解像度で解剖、遠方宇宙で成長中の銀河

【2019年5月22日 すばる望遠鏡】

東北大学の鈴木智子さんたちの研究チームが、約110億年前の宇宙に存在する、へび座の方向の原始銀河団USS 1558-003をすばる望遠鏡で観測し、銀河の内部の様子を明らかにする研究を行った。

原始銀河団USS 1558-003。全体像（視野約1分角×1分角）は補償光学装置なし、拡大図は原始銀河団に属する銀河の高解像度狭帯域フィルター画像（視野3秒角×3秒角）（提供：国立天文台、以下同）

観測では地球大気の影響による像のボケを補正する補償光学装置と、一部の波長のみを透過する狭帯域フィルターとを組み合わせた新しい手法が用いられ、すばる望遠鏡の大口径と合わせることによって高解像度を達成することに成功した。遠方宇宙に存在する銀河内部の星の分布だけではなく、星形成領域の分布も0.2秒角（視力300相当）という解像度でとらえられている。

（左）すばる望遠鏡の観測装置MOIRCSによる狭帯域フィルター画像、補償光学装置なし。（右）観測装置IRCSによる狭帯域フィルター画像、補償光学装置あり。各画像右下の白い丸がそれぞれの解像度を示す

今回の観測では一度に11個の星形成銀河について、星と星形成領域の分布が明らかになった。このうち、星質量の大きい星形成銀河では、星形成領域が星の分布に対してより広がっていることがわかった。この結果は、外側に新しい星を作ることによって銀河の構造（星の分布）は内側から外側へと広がっていき、銀河のサイズが大きくなっていくということを示唆している。

太陽の100～1000億倍の質量を持つ星形成銀河内部における星質量密度（破線）と星形成率密度（実線）の平均的な半径方向の分布。星質量密度の分布と比較して、星形成率密度の分布は緩やかな傾きを持ち、星形成領域が銀河本体の星の構造よりもさらに外側まで分布していることを示している

この傾向は、銀河同士の相互作用や銀河外縁部のガスの剥ぎ取りといった周辺環境からの影響を受けない、孤立した同時代の銀河にも見られる。つまり、約110億年前の宇宙では、銀河が高密度で存在する原始銀河団領域であっても、大質量の星形成銀河は周囲から何らかの影響を受けて進化しているというよりは、むしろ自身の星形成によって主にその構造を成長させていることを示唆するものである。

「銀河内部の星形成領域の分布は、銀河に働く物理過程を理解する上で鍵となる情報です。より詳細な研究のためには、銀河の平均的な構造を調べるだけではなく、個々の銀河について星形成領域の構造を調べる必要があります。次世代広視野近赤外線装置『ULTIMATE-Subaru』が完成すれば、様々な環境に属するより多くの銀河について個々の構造成長の様子を詳細にとらえることが可能になるでしょう」（鈴木さん）。