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千叶大学先进科学センターの札本佳伸特任助教、大栗真宗教授、早稲田大学の井上昭雄教授、筑波大学の桥本拓也助教、広岛大学の稲见华恵准教授らの国际研究チームは、アルマ望远镜注１)を用いて、宇宙誕生から約7億?8億年後の銀河4天体から、中性酸素が放つ輝線である「[O I] 145?(マイクロメートル)」注２)の検出に成功しました。これは、典型的な星形成银河の冷たい中性ガス注３)からの直接的な信号としては、これまでで最も远方の検出例となります。中性ガスは星の直接の材料でありながら、ジェイムズ?ウェッブ宇宙望远镜(闯奥厂罢)注4)など可視?近赤外線の望遠鏡では捉えにくいため、アルマ望遠鏡ならではの観測です。今回の研究成果は、初期宇宙の銀河で星がどのように生まれ育ったかを解明するうえで、新たな観測の窓を開くものです。本研究成果は、2026年6月15日(米国東部時間)に学術誌Astrophysical Journalで公開されました。(論文はこちら：10.3847/1538-4357/ae5bad )
図:ビッグバンから约7亿年后の宇宙に存在する银河础1689-锄顿1(背景)、とアルマ望远镜による観测から検出された中性酸素からの辉线(等高线およびスペクトル)
研究の背景
星は、银河の中で水素原子?分子などからなる「中性ガス」が冷えて集まることで生まれるため、初期宇宙において银河がどのように作られるのかを理解するには、星の直接の材料である中性ガスの性质を调べることが不可欠です。しかし、近年成果をあげている闯奥厂罢などの可视?近赤外线望远镜では、电离ガス注5)や星そのものは见えても、冷たい中性ガスを直接捉えることはできません。観测にはアルマ望远镜のような电波望远镜が必要ですが、初期宇宙の银河に対して直接観测を行った例は极めて稀でした。
研究成果のポイント
?初期宇宙の银河から「星の材料」の直接観测に成功：アルマ望遠鏡を用いて、宇宙誕生から約7億?8億年後の星形成銀河4天体(REBELS-38、A1689-zD1、REBELS-25、REBELS-18)から、星の直接の材料となる中性ガスの存在を示す輝線「[O I] 145μm」を検出しました。同輝線は初期宇宙の星形成銀河では観測例がなく、典型的な星形成銀河としては最遠方での検出例です。
?初期宇宙の银河は「星の材料が豊富に詰まった」星形成の现场だった：复数の辉线観测を组み合わせた解析により、これらの银河は现在のスターバースト银河并みに高密度の中性ガスを持つことが分かりました。さらに、闯奥厂罢による酸素组成比の测定结果と组み合わせることで、中性ガス质量の直接推定にも成功しました。
?広く使われてきた輝線「[C II] 158μm注6)」の「正体」を确认：本研究では、電離ガス由来の[N II] 205μm注7)輝線も観測し、複数の遠赤外線輝線を比較解析しました。これまで広く観測されてきた別の輝線([C II] 158?) は、中性ガスと電離ガスの両方から放射されうるため、その主な起源には曖昧さが残っていました。今回の観測との比較から、主に中性ガスから放射されていることを初めて直接検証することに成功しました。これにより、蓄積されてきた[C II]観測データを中性ガスの研究に活かす道を開きました。
今后の展望
今回の観测により、初期宇宙の银河からも中性酸素の辉线が有効に観测できることがはじめて分かりました。また「星の材料」の研究に活かせることを确认できたことにより、宇宙の研究へ新たな扉を开くことができました。今后、より多くの银河を対象に観测を行い、宇宙が始まった直后の银河における星形成の全体像を明らかにしたいと考えています。また、闯奥厂罢など他の望远镜と组み合わせることで、银河を多角的に捉え、宇宙が始まって今に至るまでどのようにして银河が生まれ育ってきたのかを解明できると期待しています。
用语解説
注1) アルマ望遠鏡(ALMA)：南米チリのアタカマ砂漠、标高约5,000メートルに设置された、日本?欧州?北米等の国际协力による世界最大の电波望远镜。
注2) [O I] 145?：原子や分子が特定の波長で放つ光を「輝線」と呼び、その波長から原子?分子の種類や状態がわかる。[O I] 145?は中性の酸素原子が放つ远赤外线の辉线を指す。
注3) 中性ガス：电子が原子核に结びついたままの冷たいガスで、星の直接の材料となる。
注４) ジェイムズ?ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)： 狈础厂础を中心に欧州?カナダの宇宙机関が共同で开発した宇宙望远镜。2021年に打ち上げられ、近赤外线から中间赤外线の観测により、初期宇宙の银河の星や电离ガスの性质を高精度で明らかにすることができる。
注5)电离ガス：若い高温の星が放つ强い紫外线によって电子がはぎ取られた高温のガスを指す。
注6) [C II] 158?：[C II] 158?は电离した炭素が放つ远赤外线の辉线を指す。
注7) [N II] 205μm：电离した窒素が放つ远赤外线の辉线を指す。
论文情报
タイトル：ALMA Observations of [OⅠ]145?m and [NⅡ]205?m Emission lines from Star-Forming Galaxies at z ～ 7
着者：札本佳伸, 井上昭雄, Rychard Bouwens, 稲見華恵, Renske Smit, Dan Stark, Manuel Aravena, Andrea Pallottini, 橋本拓也, 大栗真宗, 他15名
雑誌名：Astrophysical Journal
顿翱滨：10.3847/1538-4357/ae5bad
研究プロジェクトについて
本研究は、科学研究費助成事業(JP22K21349, JP23K13149)の支援によって実施されました。
【お问い合わせ先】
千叶大学先进科学センター
宇宙物理学研究室
