小さな銀河が宇宙を暗黒時代から救い出したかもしれない

地球から4200万光年離れたおとめ座には、Pox 186 があります。これは、星の集まりとその背後に流れるガスの尾があるだけの、装飾の少ない単純な銀河です。また、この銀河は小さく、私たちの天の川銀河の風車の10万分の1の重さしかありません。

しかし、ポックス 186 のささやかな大きさこそが、並外れた性質の鍵となっている。最近の天文学的調査によると、この銀河は本質的には自らを吹き飛ばし、ほとんどの銀河を覆っている分子の覆いをはがし、その光のほとんどすべてを周囲に放出している。ポックス 186 の爆発的な「吹き飛ばし」行動がこのタイプの銀河では普通であれば、宇宙学者が約 130 億年前にいわゆる「暗黒時代」を終わらせた宇宙の変容を解明するのに役立つかもしれない。

「このような現象を観測したのは初めてです」と、ミネソタ大学を最近卒業し、この研究の主執筆者である元天文学者のネイサン・エッゲン氏は言う。「少なくとも、この現象は『吹き飛ばし』が起こり得ることを証明しています。」

宇宙の暗黒時代

ビッグバンから数十万年の間、宇宙は今日とは全く異なっていました。暗く、宇宙を照らす星や銀河はほとんど存在せず、宇宙を満たす物質もまったく異なっていました。

銀河間の空間は空っぽだと思われていますが、実際はほんのわずかな電子と陽子を除いてほとんど空っぽです。これらの粒子は集まって、天文学者がイオン化（つまり電荷を帯びた）ガス、つまりプラズマと呼ぶものを形成し、宇宙全体に浸透しています。

しかし、このプラズマは永遠に存在していたわけではない。かつては水素原子の中性ガスだったが、初期の星々が点火すると、よりエネルギーの高い光線が水素原子を粉々に吹き飛ばし、今日の銀河間空間に散らばる陽子と電子を生成した。天文学者はこの出来事を「再イオン化の時代」と呼んでいる。ビッグバン後のさらに古い時代のイオン化状態に宇宙を戻したからだ。

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問題は、どの星が宇宙の水素の霧を突き破ったのか、ということです。いくつかの巨大な銀河が霧を突き破ったのでしょうか。それとも、無数の小さな星座が協力して宇宙全体を再イオン化したのでしょうか。 天文学者は、再イオン化の古代の主体を直接探すことはできない。水素ガスが、それを除去できる高エネルギー光を遮って、地球に届かないからだ。その代わりに、一部の研究者は、遠くの先駆者と似たような働きをする可能性のある近くの銀河を探している。

「これらは遠く離れた銀河を研究するための地元の研究室として利用できる」と、エゲン氏と共同研究したミネソタ天体物理学研究所の天文学教授、クラウディア・スカルラタ氏は言う。

水素のない銀河

ポックス 186 はそのような銀河の 1 つです。1980 年代に発見されて以来、天文学者たちは数十年にわたってこの銀河がどのように形成されたかを議論してきました。調査の一環として、研究者たちはこの銀河の中性水素を探しました。この水素はほとんどの銀河の質量の大部分を占めています。ポックス 186 には水素がまったく含まれていないようでした。

「見れば見るほど、面白くなっていきます」とエゲン氏は言う。

そこで、彼とスカルラタ氏、そして同僚たちが参加することになった。彼らはチリのジェミニ南望遠鏡で観測時間を確保し、2018年に2晩にわたって約1時間半、ポックス186に向けられた。計画は、2種類の酸素ガス（水素の密度を調べるのに使える）を観測し、それを使って水素がどこにあるのかを突き止めることだった。

酸素の1種類は予想よりも弱かったが、もう1種類は天文学者が「轟音」と表現する信号を発して輝いていた。この明るく輝く酸素は1色だけではなく、さまざまな波長を持っており、その光が動きによって歪んでいることを示唆している。酸素ガスの少なくとも一部は裂け目にあるように見えた。

「銀河から脱出するのに必要な速度よりほぼ10倍速く動いている」とエゲン氏は言う。ガスの一部は「ほぼ確実に銀河から完全に消え去るだろう」

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エゲン氏とスカルラタ氏は、ポックス186で何が起こっているのか確信が持てないことを強調する。ガスの流れは、非常に異なる温度で相互作用する多くの異なるタイプの原子の混沌とし​​た混合物であり、彼らが見ているのは酸素の一種だけである。

しかし、酸素の流れが彼らを誤解させていないとすれば、それはポックス 186 の失われた水素の運命を暗示している。激しい星形成 (これは後に爆発的な、そして放出的な超新星の形で激しい星の死につながる) から生じた激しい流出が、水素をすべて取り除いたのだ。

「小さな銀河が基本的に自爆する可能性があるのを見るのは少し驚きでした」とスカルラタ氏は言う。

研究者らは先週、 The Astrophysical Journal 誌にPox 186の新しい写真を発表した。

再イオン化の小さな働き者

ポックス 186 の水素の噴出は、宇宙全体がどのようにして水素ガスを溶かしていったかという理論を裏付けるものだ。大きな銀河は宇宙に光を注ぎ込むが、その重力は近くの水素も引き寄せるため、最もエネルギーの高い光線は銀河間の水素を分解するほど遠くまで届かない。

しかし、初期の宇宙に Pox 186 のような幼い銀河を散りばめれば、すべてうまくいくかもしれない。それらの銀河の強力な流出によって、銀河自身の水素が一掃され (弱い重力を克服して)、基本的にすべてのエネルギー光が宇宙に逃げ出し、そこにある水素を破壊してしまうのだ。

次にスカルラタ氏は、初期宇宙の銀河の数を数えることを目的とするジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の秋の打ち上げを楽しみにしている。この調査では、宇宙の再イオン化に必要なエネルギーを放出するのに十分な数のポックス186類似体が存在したかどうかを調べる。これまでの調査では、これらの類似体は見つかっていないが、その理由の1つは、暗い小型銀河が最も見えにくいためだ。

しかし、もしそれらが発見されれば、Pox 186 の行動は、勇敢な銀河が宇宙全体を変えた可能性があることを示唆している。「山は一度に 1 インチずつ成長しなければなりません」とエゲンズ氏は言う。