科学者らは、90億年以上前にすでに新しく出現した星からなる高密度の回転核円盤を形成していた銀河を特定した。この構造は、銀河の中心に集中する円盤であり、ウェッブ望遠鏡によってこれまでに観測された中で最も遠いものであり、この時代には宇宙が全存在の約3分の1を占めていた。
この銀河の特定により、組織化された銀河形成の年代が再定義され、これらの構造がこれまで若すぎて激動していると考えられていた宇宙時代に確立されたことが示されました。これは、銀河核の組織化と発達が従来の宇宙論モデルが示すよりもはるかに早い時期に起こったことを示唆しています。
CEERS-4031 銀河: 宇宙の加速する発展
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) が捉えた画像には、宇宙が誕生して約 45 億年だった当時の銀河 CEERS-4031 が示されています。星の数でいうと天の川に匹敵する大きさのその中心には、直径数千光年の核円盤があり、高速で回転し、熱い若い星の光で輝いています。
身元特定を担当したチームは、英国のダラム大学の博士研究員ゾーイ・ル・コンテ氏が率いた。彼の研究グループは、星形成のピークを特徴とするビッグバンから数十億年後の段階、コズミック・ヌーンにおける銀河の成長の研究に焦点を当てている。通常、このような観察された構造は、成熟した安定した銀河に関連しています。
ル・コンテ氏は電子通信で、銀河の原始進化を理解する上でのこの発見の重要性を説明した。
「このような初期段階での核円盤の検出は、銀河の発達についての認識を変えるものである。この構造は、銀河の進化が加速し、より高度な成熟状態に達していることを示している」とル・コンテ氏は述べた。
CEERS-4031 の核円盤の複雑さに関する詳細
地球に近い銀河では、同様の円盤が大きな構造の中心に集中しており、直径わずか数千光年のコンパクトで独立した系として機能しています。 CEERS-4031 の円盤は、近くの宇宙で観察された多くの同様の例と同じくらい広範であり、激しい星形成活動を示していることが証明されています。
円盤の特定には、銀河核の強烈な輝きから円盤を分離するという骨の折れるプロセスが必要でした。チームは、James Webb の画像を改良して、中央の柔らかな輝きを取り除き、その後、残りの明るさをモデル化しました。円盤の外縁は青みがかった色をしていましたが、これは誕生したばかりの星の典型的な指標であり、より近い銀河円盤で観察されるものと同様です。
CEERS-4031 銀河は、ル コンテ氏のチームにはすでに知られていました。これまでの研究では、この銀河は銀河の中心に物質を輸送する働きをする恒星棒（星が長くまっすぐに並んだ帯）を持つ遠方の銀河に分類されていた。
銀河における恒星棒の形成過程を理解する
銀河 CEERS-4031 では、棒は核からその端まで約 17,000 光年伸びています。銀河の回転中、この棒はガスを内側に導き、中央領域に蓄積します。
このガスは内側に押し込まれ、集中して冷却され、リザーバーを形成します。それが十分な密度に達すると、激しい星形成の爆発が引き起こされます。時間の経過とともに、蓄積されたガスは回転核円盤に組織化され、中心からの距離が離れるにつれて新しい物質が徐々に追加されて膨張します。
現代の銀河では、棒によって媒介される星の形成が数十億年かけて徐々に起こり、天文学者には永年進化として知られる現象です。このプロセスでは、初期の宇宙でよく見られた激しい衝突や合体とは異なり、星とガスは穏やかな方法で再組織されます。
この遠方の銀河の円盤には、現代の銀河と同じ複雑な詳細が見られます。研究チームはまた、構造にかみ合う2番目の小さな棒と一対の波状螺旋アームを特定し、これらの要素はさらに多くのガスを中心に向けると推定されている。
銀河の中心にある下部構造は最も質量が大きい。ル・コント氏は、「我々は、銀河の超大質量ブラックホールに栄養を与え、その進化に大きな影響を与える可能性のある核渦巻腕とおそらく核棒の証拠を発見した」と説明した。
ウェッブ望遠鏡が若い銀河の星形成を検出
ジェームズ ウェッブ望遠鏡はすでにこの分野に関する知識の一部を変えていました。高精度赤外線センサーを使用した以前の研究では、これまでの望遠鏡が観測できたよりもはるかに古い、たった数十億年前の宇宙に銀河を横切る縞模様が存在することが明らかになった。
これらの原始的なバーの特定は、すでに成果を表しています。新しい建造物を建設する活発なプロセスでそれらの1つを捕らえることができたことは、それまで前例のない進歩でした。 CEERS-4031で観察された円盤は、それを養う棒に比べてかなりの大きさであり、長年にわたってゆっくりと発達したのではなく、急速なガスの流入と蓄積を示しています。
この発見により、必然的に比較が行われるようになりました。他の研究では、さらに遠くにある棒銀河が、近くにある最も速い棒銀河よりも10倍速い速度で内部にガスを引き込んでいることをすでに記録していた。現在のチームは、CEERS-4031 は急速に形成されるものの、そのような攻撃的な行動は示さないと判断しました。
科学者たちを本当に驚かせたのは、そのプロセスの速さでした。バーによって促進される特定の地層は加速したペースで発生し、それが穏やかな「永年進化」の期間に限定されるという考えをわかりやすく説明します。
初期銀河円盤探索の次のステップ
宇宙が誕生してから 45 億年が経過した当時、棒はすでに重大な影響を及ぼしており、銀河の内部を再形成し、今日私たちが観察している高密度の星がちりばめられた中心を構築していました。この発見は、バーの原始的な機能に関する仮説を直接確認された事実にまで高めます。
この円盤のかなりの大きさが、ジェームズ・ウェッブによるその検出を可能にした要因の 1 つです。同様の距離にあるより小さな構造は、依然として望遠鏡の現在の能力を超えています。現在建設中のより高度な天文台がそれらを識別し、銀河が初期段階でこの進化の軌跡をとった頻度を明らかにすることが期待されています。
この円盤の分析は、遠方の銀河の星の構成をマッピングする広範な取り組みの一環です。ル・コンテ氏は声明で「われわれの目標は、棒の形成がどのように始まり、その特徴が銀河の進化にどのような影響を与えるかを理解することだ」と述べた。
天の川銀河のような銀河の形成を研究している研究者にとって、この発見は確立された年代を完全に再定義するものです。なぜなら、組織化された銀河中心とそこに収容されているブラックホールは、穏やかで成熟した宇宙に現れただけではなく、まだ若くてダイナミックな宇宙の中ですでに形成過程にあったからです。
