NAOJら,宇宙初代の巨大質量星の明確な痕跡を発見

国立天文台(NAOJ),中国国家天文台らは,すばる望遠鏡を用いた観測により,宇宙で最初に生まれた星々のなかには太陽140個分以上の重さの巨大質量星が存在したことを初めて明確に示した(ニュースリリース)。

宇宙で最初に誕生した星々(初代星)は水素とヘリウムのみから成るガス雲から生まれ,星の中の核融合や,超新星爆発によって新たな元素を作り出し,多様な物質の世界を形作る最初の一歩となった。

初代星には,現在の宇宙にはほとんど存在しない大質量星が多く含まれていた可能性が理論的に示されている。太陽の140倍を超える質量の星は,強烈な紫外線放射で星の周囲だけでなく宇宙全体の環境を変えるとともに,爆発エネルギーの大きな超新星(電子対生成型超新星)爆発を引き起こして次世代の星の形成にも大きな影響を与えた可能性がある。

その存在を示す明確な観測的証拠を求めて,遠方の銀河や銀河間物質の観測とともに,天の川銀河のなかの年齢の高い星の観測が行なわれてきた。

年齢の高い星はビッグバン後まもなく誕生し,水素とヘリウム以外の元素をわずかしか含まないのが特徴で,「低金属星」とも呼ばれる。低金属星のなかには,初代星が放出した物質を取り込んだガス雲から生まれてきた「第2世代」とも呼べる星もあり,その星の元素組成は初代星の超新星が作り出した物質を記録している。

巨大質量星が起こす電子対生成型超新星は,通常の重力崩壊型超新星とは大きく異なる元素組成を作り出すため,低金属星の組成を測るとその痕跡を見分けることができると考えられる。

研究グループは,中国の分光探査望遠鏡LAMOSTで天の川銀河の中の低金属星を多数見つけ出し,すばる望遠鏡を用いた観測で詳細な元素組成を測定する研究を積み重ねてきた。そして,そのうちの一つである「LAMOST J101051.9+235850.2」が,電子対生成型超新星が作りだす特徴的な元素組成を示すことを発見した。

これは,これまでに見つかっているなかで最も明確な電子対生成型超新星の痕跡といえるもので,初期の宇宙で太陽の140倍以上の質量をもつ星が形成されたとする理論を,強く支持する結果だという。

研究グループは,初代星のなかでどのくらいの割合の星が巨大質量だったのか,これは次に解き明かすべき大きな課題だとして,そのためにはさらに多数の星を探査し,その元素組成を測定する研究を積む必要があるとしている。

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