観測史上最古の「隠れbcゲーム サッカー」を131億年前のbcゲーム サッカーで発見
＜概要＞
札本 佳伸（ふだもと よしのぶ）国立天文台アルマプロジェクト特任研究員・早稲田大学理工学術院総合研究所次席研究員と稲見 華恵（いなみ はなえ）広島大学宇宙科学センター助教らの国際研究チームが、アルマ望遠鏡の大規模探査による観測データの中から、約130億年前の宇宙で塵に深く埋もれたbcゲーム サッカーを複数発見しました。そのうちの一つは、塵に埋もれたbcゲーム サッカーとして見つかったものの中で最古のbcゲーム サッカーです。今回発見されたようなbcゲーム サッカーは、すばる望遠鏡などを用いた観測で発見することは難しく、初期の宇宙にどれほど存在するのかこれまで全くわかっていませんでした。今回の発見は、宇宙の歴史の初期においても数多くのbcゲーム サッカーが塵に深く隠され、いまだ発見されないままになっていることを示します。同時に、このようなbcゲーム サッカーは宇宙の初期におけるbcゲーム サッカーの形成と進化をより統一的に理解する上で重要な発見です。
この観測成果は、Fudamoto et al. “Normal, Dust-Obscured Galaxies in the Epoch of Reionization”として、英国の科学誌「ネイチャー」オンbcゲーム サッカーン先行公開版に2021年9月22日16:00（イギリス時間）に掲載され、9月23日に本誌に掲載されました。
上図：今回の観測結果の模式図。ハッブル宇宙望遠鏡による近赤外線の観測画像（左）では、中心やや下にbcゲーム サッカーが見えています。これは右下の想像図のような、これまで存在がよく知られていた若いbcゲーム サッカーです。一方今回のアルマ望遠鏡による観測では、ハッブル宇宙望遠鏡では何も見えていない領域に、塵に深く埋もれたbcゲーム サッカー（右上の想像図）を新たに発見しました。
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope
（１）これまでの研究で分かっていたこと
過去20年以上にわたり、世界中の研究者がすばる望遠鏡やハッブル宇宙望遠鏡など用いて遠方bcゲーム サッカーの探査を行ってきました。光が有限の速さでやってくることから、遠方bcゲーム サッカーを探査することで初期の宇宙にあったbcゲーム サッカーの姿を直接捉えられます。そして、それらの大規模な探査の結果、ビッグバンから10億年以内の宇宙の初期に存在したbcゲーム サッカーが数多く発見され、それらの時代においてbcゲーム サッカーがどのように形成・進化してきたのかについての研究が大きく進んできました。
このような宇宙の初期にあるbcゲーム サッカーの大規模な探査では、bcゲーム サッカーに含まれる、太陽の数十倍程度の質量をもった大型の星から放射される明るい紫外光が観測されてきました。宇宙の膨張によって遠方天体からやってくる光の波長が伸びるため（赤方偏移）宇宙の初期にあるbcゲーム サッカーから放たれた紫外光は、地球で観測する際には可視光や近赤外線となります。
しかしながら、この紫外光にはbcゲーム サッカーに含まれる塵（ちり）によって大きく吸収・散乱されるという性質があります。この塵はbcゲーム サッカー内部で星が世代交代することによって作り出されるため、bcゲーム サッカーで過去にどのような星形成活動があったのかによってその量が変わってきます。内部で放たれた紫外光のほとんどが大量の塵に吸収・散乱されてしまうような、塵に埋もれたbcゲーム サッカーの場合は、可視光や近赤外線を用いた観測では見つけることができません。初期の宇宙でこれまでに見つかっている塵に埋もれたbcゲーム サッカーは、天の川bcゲーム サッカーの1000倍以上といった激しいペースで星形成を行っている極めて稀なbcゲーム サッカーに限られていました。そのため、130億年ほど前の宇宙に存在する若くて星形成活動が比較的低調なbcゲーム サッカーの大多数は塵にはあまり隠されておらず、感度の良い可視光や近赤外線の観測を行うことで検出が可能だと考えられてきました。
（２）今回の研究で明らかになったこと
国立天文台アルマプロジェクト特任研究員として早稲田大学で研究活動を行う札本佳伸氏は、アルマ望遠鏡による大規模探査プロジェクト「REBELS」で観測されたbcゲーム サッカーを研究するうちに、偶然このような塵に埋もれたbcゲーム サッカーを初期の宇宙で発見しました。REBELSの本来の目的は、130億年程度前の宇宙に存在したと考えられる近赤外線で非常に明るい40個のbcゲーム サッカーを観測し、塵からの放射と炭素イオンの輝線の探査を行うことでした。広島大学宇宙科学センター助教の稲見華恵氏は、REBELSプロジェクトの共同代表研究者として本プロジェクトに参加しています。
札本氏がREBELS-12とREBELS-29という二つのbcゲーム サッカーの観測データを調べていたところ、それぞれ本来の観測対象としていたbcゲーム サッカーに加えて、そこから少し離れた場所からも塵からの放射と炭素イオンの輝線が非常に強く放たれていることを発見しました。そして驚くべきことに、これらの偶然見つかった新たな放射源の場所には、感度の良いハッブル宇宙望遠鏡を用いても何も見えませんでした。つまり、これらの放射は、ハッブル宇宙望遠鏡などが観測することのできる紫外光をほとんど放っていない、塵に埋もれたbcゲーム サッカーからやってきたものであることを示しています。そのうちの一つ、REBELS-12の近傍に見つかったbcゲーム サッカーは、塵に埋もれていたbcゲーム サッカーの中では観測史上最古となる131億年前のものになります（注）。さらに驚いたことに、今回見つかったbcゲーム サッカーは、これまで塵に埋もれたbcゲーム サッカーに見られたような爆発的な星形成は行っておらず、130億年程度前の宇宙でこれまで多数見つかっていたbcゲーム サッカーと同程度の星形成活動しかありませんでした。つまり、今回見つかったbcゲーム サッカーは、塵に埋もれているということ以外はこれまで知られている典型的なbcゲーム サッカーと変わりありません。これは、典型的な星形成活動をおこなう「普通」のbcゲーム サッカーであっても宇宙のこれほど初期において塵に埋もれて見えなくなってしまう、ということを示し、多数のbcゲーム サッカーが塵に埋もれて未だ発見されていないのではないか、と言うことを示唆しています。
注：アルマ望遠鏡の観測によると、REBELS-12の近傍に見つかったbcゲーム サッカーの赤方偏移は7.35でした。これをもとに宇宙論パラメータ（H0=67.3km/s/Mpc, Ωm=0.315, Λ=0.685: Planck 2013 Results）で光が飛んできた時間を計算すると、131億年となります。詳しくは「遠い天体の距離について」もご覧ください。
（３）今後の展開・影響
これまでの観測からは全く見つけられなかったような種類のbcゲーム サッカーが宇宙の初期に存在した、という発見は、いままで考えられてきた宇宙の初期におけるbcゲーム サッカーの形成の理論に大きな影響を及ぼす発見です。このようなbcゲーム サッカーがどの程度存在し、どのようにbcゲーム サッカー全体の進化と形成に影響してきたのかをより統一的に理解するにはさらなる観測を待たなければなりません。アルマ望遠鏡による探査や、2021年内に打ち上げ予定のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による大規模なbcゲーム サッカーの探査と、それらによるbcゲーム サッカーの形成に関する統一的な理解の進歩が待たれます。
上図：アルマ望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡、欧州南天天文台VISTA望遠鏡で撮影した遠方bcゲーム サッカー。アルマ望遠鏡で観測した電離炭素原子からの放射を緑、塵からの放射をオレンジ、VISTA望遠鏡・ハッブル宇宙望遠鏡で観測した近赤外線を青で表現しています。REBELS-12、REBELS-29は近赤外線と電離炭素原子・塵からの放射がいずれも検出されていますが、REBELS-12-2とREBELS-29-2では近赤外線が検出されていません。これらは今回のアルマ望遠鏡による観測で初めて見つかったbcゲーム サッカーで、塵に深く埋もれていると考えられます。
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, ESO, Fudamoto et al.
＜研究者からのコメント＞
札本氏は「宇宙の初期において、塵に埋もれて発見されていないような隠れた普通のbcゲーム サッカーが存在するという予想外の、そして偶然の発見に驚きました。今回見つかったbcゲーム サッカーは、宇宙の非常に狭い領域から見つかったものであるため、氷山のほんの一角に過ぎないと考えています。このような隠れたbcゲーム サッカーがどれだけ宇宙の初期に存在するのかの研究はこれからの大きな課題となるでしょう。」とコメントしています。
また、稲見氏は「今回の発見では、ひとつ謎を解決しようとしたところで新たな謎が見つかった、という研究の醍醐味を改めて感じました。塵を大量に生産するにはある程度歳をとった星が必要なのに、ビッグバン直後というbcゲーム サッカーの極初期で、何がきっかけでどのようにして短時間で塵が生み出されたのか、これから解き明かしていきます。私たちが知り得ていないことが、この広大なbcゲーム サッカーにはまだまだあることを教えてくれる成果です。」とコメントしています。
＜論文情報＞
雑誌名：Nature
論文名：Normal, Dust-Obscured Galaxies in the Epoch of Reionization
執筆者：Y. Fudamoto1,2,3, P. A. Oesch1,4, S. Schouws5, M. Stefanon5, R. Smit6, R. J. Bouwens5, R. A. A. Bowler7, R. Endsley8, V. Gonzalez9,10, H. Inami11, I. Labbe12, D. Stark8, M. Aravena13, L. Barrufet1, E. da Cunha14,15, P. Dayal16, A. Ferrara17, L. Graziani18,20, 27, J. Hodge5, A. Hutter16, Y. Li21,22, I. De Looze23,24, T. Nanayakkara12, A. Pallottini17, D. Riechers25, R. Schneider18,19,26,27, G. Ucci16, P. van der Werf5, C. White8
所属機関名：1Department of Astronomy, University of Geneva,2Research Institute for Science and Engineering, Waseda University, 3National Astronomical Observatory of Japan, 4Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, 5Leiden Observatory, Leiden University, 6Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, 7Sub-department of Astrophysics, The Denys Wilkinson Building, University of Oxford, 8Steward Observatory, University of Arizona, 9Departmento de Astronomia, Universidad de Chile, 10Centro de Astrofisica y Tecnologias Afines (CATA), 11Hiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University , 12Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, 13Nucleo de Astronomia, Facultad de Ingenieria y Ciencias, Universidad Diego Portales, 14International Centre for Radio Astronomy Research, University of Western Australia, 15ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) , 16Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, 17Scuola Normale Superiore, 18Dipartimento di Fisica, Sapienza, Universita di Roma, 19INAF/Osservatorio Astronomico di Roma, 20INAF/Osservatorio Astrofisico di Arcetri, 21Department of Astronomy & Astrophysics, The Pennsylvania State University, 22Institute for Gravitation and the Cosmos, The Pennsylvania State University, 23Sterrenkundig Observatorium, Ghent University, 24Dept. of Physics & Astronomy, University College London, 25Cornell University, 26Sapienza School for Advanced Studies, 27INFN, Roma, Italy
掲載日：オンbcゲーム サッカーン先行版 2021年9月22日（水）16:00（イギリス時間）
本誌 2021年9月23日（木）（イギリス時間）
DOI：10.1038/s41586-021-03846-z
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