宇宙初期の原始銀河団における大質量銀河探査
※掲載内容は執筆当時のものです。
遠くの銀河を観測して昔の姿を探る
太陽のような恒星は、宇宙の中で１個１個がばらばらに散らばっているわけではなく、数百万個から数千億個の恒星が「銀河」という集団を成して存在しています。宇宙の中にはそのような銀河が全部で一千億個以上あると考えられていますが、銀河があまりいない場所から１０００個以上の銀河が一か所に集まっている場所もあったりといろいろです。その中で、多くの銀河が密集している銀河団と呼ばれる天体があります。銀河団は自らの重力で固まっている天体としては宇宙で最大のものですが、銀河団の中には楕円銀河と呼ばれる１００億歳以上の古い星からなる銀河ばかりがあることが知られています。このような銀河団の中にある古い銀河がどのようにして出来上がったのかを知りたいのですが、これらの銀河は１００億年以上前の大昔にできたと考えられますので、この謎を解明することはなかなか簡単ではありません。しかし、１００億光年先の非常に遠くの銀河団を見つけて観測することで、１００億年前の様子（まだ銀河団として完成されていないので、これらは原始銀河団と呼ばれます）を調べることができます。我々の研究室では、すばる望遠鏡を使って、このような非常に遠くの銀河団を観測することで、そこでどのように銀河が出来上がったのかを調べています。
研究の特色
すばる望遠鏡で観測した、１１０億光年の距離にある原始銀河団の領域の近赤外線画像。
今回の研究では、人間の目に見える「可視光線」の観測で見つかった、ライマンα輝線銀河と呼ばれる非常に遠くの小さな銀河が密集している、１１０億光年の距離にある原始銀河団に着目しました。すばる望遠鏡を使って、この原始銀河団を可視光線よりも少し波長の長い電磁波である「近赤外線」で観測しました。近赤外線の観測は、ライマンα輝線銀河のような小さな銀河を見つけるのは苦手なのですが、多数の恒星からなる大きな銀河を発見するのが得意です。非常に遠くの銀河団を近赤外線で観測することによって、１１０億年前の原始銀河団には大きな銀河が存在するのか、まだできていないのかを調べることができます。観測の結果、この原始銀河団ではすでに数多くの大きな銀河が存在し、しかもそのうちのいくつかの銀河は新しく星が生まれておらず、もう成長が止まってしまっていることが分かりました。銀河団という銀河の集団として完成する前に、その中の大きな銀河の一部はすでに完成していたのです。
すばる望遠鏡の観測データを使って発見した、質量が大きな銀河の地図。赤丸が今回の研究で発見した大きな銀河で、丸が大きいほど質量が大きい。小さな青四角がもともと見つかっていたライマンα輝線銀河で、青線はライマンα輝線銀河の数の多さを等高線で表したもの。紫の領域はライマンα輝線銀河が多く集まった原始銀河団の領域。大きな銀河の多くが原始銀河団の領域に沿って分布している様子が分かります。
研究の魅力
近年では、すばる望遠鏡などの大型望遠鏡を使うことで、１００億光年を超える非常に遠くの銀河を数多く観測できるようになっています。遠くにある銀河ほど、その銀河から出た光が地球に届くまでに時間がかかるので、我々はそれだけ昔の姿を見ることができます。いろいろな距離にある銀河を観測することで、現代に生きていながらいろいろな時代の銀河の姿を調べることができ、今や宇宙がまだ現在の年齢の５分の１、１０分の１だった時代まで時間をさかのぼることができるわけです。また、銀河の大きな特徴として、その見た目の姿の多様性が挙げられます。現在の宇宙でも楕円銀河や渦巻銀河などいろいろな姿・形をした銀河があって見ていて楽しいのですが、昔の時代の銀河を観測すると、興味深いことにこれらとはまた全く違った姿をしていることが見えてきます。銀河がどのように形成されて、時間とともに姿・形を変化させてきたのかを直接観測して調べることは非常に面白いです。
現在の宇宙で見られる銀河の例（左）と昔（宇宙が現在の半分以下の年齢だった頃）の銀河の例。現在では楕円銀河や渦巻銀河など楕円や円盤といった整った形の銀河が多いのですが、昔の銀河を見るとあまり対称性がよくない変わった形の銀河がたくさんあることが分かります。
今後の展望
今回の研究で、１１０億年前の原始銀河団において数多くの大きな銀河を発見しました。今後はすばる望遠鏡などの大口径望遠鏡を使って、これらの銀河を「分光観測」してスペクトルを調べることで、これらの大きな銀河がどれくらいの年齢の星からできているのか、またどれくらいの勢いで新しい星が生まれているのかを調べる予定です。これによって、これらの銀河がいつ頃形成され、１１０億年前の時点でどのような成長段階にあるのかを明らかにしたいと思っています。また、今回は１１０億年前のひとつの原始銀河団に注目しましたが、同じ時代の他の原始銀河団でも同じようなことが起きているのか、銀河団ごとに違いがあるのかなどについても調べていきたいと考えています。
この研究を志望する方へ
天文学をはじめとする大学で学ぶ物理学においては、高校数学が非常に便利に使えますので、これをマスターしておくことが必須です。微分積分、ベクトル、確率統計など、どれもとても役に立つのでしっかり学んでおいて損はないと思います。また、研究とはまだ答えの分かっていない問題に取り組んで解決するということなので、自分で論理的に考えを進めることが大変重要になります。大学に入るまでの間にも、自分なりにじっくり考えてみながら学ぶことを繰り返しておくと、研究を始める時にきっと役立つと思います。
この研究活動は、教員の実績ハイライトにも掲載されています。
教員の実績ハイライトとは、教員の「教育活動」「研究活動」「社会的貢献」「管理・運営」ごとに、特色ある成果や業績を精選・抽出したもので、学内のみならず学外にも広く紹介することとしています。