ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) を使用している天文学者は、巨大銀河 GN20 内に恒星棒を特定しました。ビッグバンからわずか 15 億年後に観測されたこの発見は、銀河形成の標準モデルによって確立された予想に疑問を投げかけます。ライデン大学のレインダート・A・ブーガード氏が主導したこの研究は、5月14日に出版前サーバーarXivに提出され、このような若い銀河ではこれまでありそうもないと考えられていた現象を浮き彫りにした。
恒星棒は、銀河の中心を横切る星の細長い構造であり、宇宙の漏斗として機能します。それらはガスを銀河の中心に注ぎ込み、それが星の形成を促進し、中心のブラックホールに燃料を供給し、高密度の中心の構築に貢献します。天の川銀河を含め、近くの宇宙ではこれらのバーはよく見られますが、その形成はゆっくりとしたプロセスであり、発達するまでに数十億年かかると考えられています。
GN20の発見と観測
銀河 GN20 は、赤方偏移 4 に位置する巨大なガスが豊富な星系であり、遠くて暗いです。塵に覆われているにも関わらず、JWST の中赤外線装置 (MIRI) と近赤外線カメラ (NIRCam) はこの層の侵入を許可しました。これらのツールは、銀河の内部構造をかつてないほど詳細に明らかにしました。
銀河の光の明るさが中心から外側にどのように伸び、回転するかを測定する等光写真分析では、鋭い棒構造が示されました。この棒は端から端まで 7 キロパーセクも伸びます。光パターンの独立した数学的分析により、検出が自律的に確認されました。ノーザン拡張ミリ波アレイ (NOEMA) による高解像度のサブミリ波観測により、マッピングされたダスト内に棒状の特徴が存在することが裏付けられ、恒星バーとダストバーの間の強い配列が実証されました。
ステラバーは理論モデルに挑戦する
既存の理論によれば、少なくとも 3 つの基本的な理由からその存在はありそうもないはずであるため、GN20 での恒星棒の検出は注目に値します。研究者らは、ガスが豊富な原始銀河はそのような構造の形成には不利な条件を備えていると示唆している。
- 構造崩壊:通常形成される恒星棒は強いと考えられていますが、宇宙の初期状態では、それらが自重で崩壊することが示唆されていました。
- 成長時間:バーが 7 キロパーセクまで成長するには数十億年かかり、これは観測された GN20 の年齢 (ビッグバンから 15 億年後) とは両立しません。
- ガス抑制:標準的なモデルによると、初期の銀河には豊富な量のガスが存在し、棒の形成が抑制または遅延されたはずだ。
しかし研究チームは、これらの障害はすべて、内側の円盤全体にガスの割合が高い乱流ガスが存在することによって克服できると指摘している。
ガス乱流とバラの形成
Boogaardらによる研究。 GN20の恒星棒形成の鍵はガスの状態にあることを示唆している。乱流と銀河の内側の円盤に含まれるガスの割合が多ければ、バーは安定して成長することができたでしょう。これは観測と理論を統合し、銀河の初期進化の理解を調整する重要な説明です。
研究者らは、極度の量の塵によるバーとコア領域の星の質量の推定などの不確実性について言及しているが、主な結論は依然として残っている。彼らは、GN20 はガスが豊富なシステムであり、スターバーは本物であると主張しています。 JWST の MIRI 装置は、塵を透明にし、これらの複雑な内部構造を明らかにするのに役立ちました。
銀河の進化への影響
GN20 の詳細な観測により、星形成が集中している場所もわかります。このバーが南側の外側円盤と接する点でガスが蓄積し、激しい星形成のホットスポットを引き起こします。中心では、棒が物質を内側に引き込み、恒星の核爆発を引き起こし、場合によっては超大質量ブラックホールを引き起こします。この要因は、年間 1,000 太陽質量を超える GN20 の驚異的な星形成速度にとって重要であると考えられます。
この高い星形成速度は、ガスと塵を中心に注ぎ込む棒によって引き起こされる可能性があり、ガスが豊富な円盤内で激しい核スターバーストを引き起こし、潜在的な活動銀河核に電力を供給します。この発見は、GN20 のような銀河が単に銀河進化の一段階ではない可能性を示唆しています。現在の宇宙で観察されている巨大な死んだ楕円銀河がどのようにしてこの状態に到達したのか、そしてなぜそれらの一部がこれほど早期に消滅したように見えるのかという謎は、棒駆動の星形成によって説明される可能性がある。この発見は、銀河の進化を理解する上で重要なミッシングリンクを表しています。
