赤外線天文衛星「あかり」、銀河系の外側に謎の遠赤外線放射を検出

宇宙航空研究開発機構(JAXA)は、赤外線天文衛星「あかり(ASTRO-F)」が、銀河系の外側の宇宙の明るさ(宇宙背景放射)を観測した結果、謎の遠赤外線放射を検出したことを発表した。

同研究は松浦周二・宇宙科学研究所・助教を中心とする国際研究チームにより行なわれ、その観測成果は、米国の、天文学と天体物理学の学術雑誌「The Astrophysical Journal」の2011年8月10日号に掲載される。

宇宙には、エネルギーのほとんどすべてを赤外線として放射する特殊な銀河、いわゆる「赤外線銀河」があり、その正体は猛烈な勢いで星を生成している銀河である。これは、そうした銀河の内部にある星間ダスト(固体微粒子)が、星の紫外線で暖められ赤外線で明るく輝くためで、現代の銀河進化シナリオでは、宇宙初期には、ほとんどの銀河でこうした赤外線銀河のような爆発的星生成が起こっていたと考えられていた。

今回の研究は「あかり」を用いて、それを確かめるために、原始の赤外線銀河の群れを宇宙背景放射として捉えることを試みたものであったが、その結果はそうした予測とは異なるもので、確かに宇宙背景放射の大半は赤外線銀河からによるものであったが、それだけでは説明のつかない謎の放射成分が含まれていることが判明したという。

今回の観測は、赤外線銀河が明るい遠赤外線波長において、「南天あかりディープフィールド(ADF-S)」と名付けられた、約12平方度の広領域で実施。同領域を選んだ理由は、観測の妨げとなる銀河系内のダストの放射が最も弱いためであり、これまでの観測により大量の赤外線銀河が発見されている。

宇宙背景放射の測定は、観測された空の明るさから太陽系や銀河系内のダストの放射を差し引き、残る銀河系外の信号を調べることにより行なわれる。また、宇宙初期の放射だけを測定するには、個々に検出できる比較的近い銀河を、できるだけ取り除いておく必要があるが、「あかり」は、過去に宇宙背景放射の観測を行なったCOBE衛星(1989年に打上げられた米国の宇宙背景放射観測専用衛星)の100倍近い解像度を実現しており、これまで以上に暗い銀河も取り除くことが可能となっている。

その結果、観測された値は、最新の銀河進化モデルから推定された宇宙の全銀河による宇宙背景放射よりも、約2倍ほど明るいものであり、観測されたスペクトルや空間的な一様性などを分析したところ、確かに宇宙背景放射のかなりの部分が赤外線銀河によるものであるが、それだけでは説明のつかない放射成分が存在していることが判明した。

この2倍という差を宇宙の全エネルギーとして捉えた場合、膨大な量となり無視することはできない。研究チームではこの謎の遠赤外線放射を出す天体を考察。ある程度予測されていた原始の赤外線銀河でないとすれば、さらに昔の天体かも知れないとしている。

実際に図2における謎の遠赤外線放射は、原始の赤外線銀河を主とする全銀河の放射(図中の銀河進化モデル)よりも短い波長にピークを持っており、こうした「高温」スペクトルを持つものとして、研究チームでは、宇宙初期のブラックホールからの放射の可能性があるとしている。

また、関連する最近の研究では、宇宙で最初に生まれた星々は、短い寿命の後に超新星爆発を起こしてブラックホールを残すと考えられるようになってきた。ただし、この解釈に直接的な証拠があるわけではなく、今後も解明への努力が必要となっている。

そのため、研究チームでは、科学的解釈はまだはっきりしないものの、今回の観測結果は、現在の銀河進化の描像に転換を迫るものであることに加え、宇宙初期の天体形成の研究に重要な手がかりを与える可能性があるとしており、将来の大型赤外線天文衛星「SPICA」や宇宙背景放射観測ミッション「EXZIT」などを活用することで、こうした課題の解明ができるようになるかもしれない期待を示している。

なお、「あかり」は2006年に打上げられ、目標寿命3年を大きく越える5年以上にわたり観測運用が行われてきたが、2011年5月24日に発生した電力異常による影響で、日陰と日照のたびに電源のON/OFFが繰り返される状態となっており、同6月17日に今後の科学観測が困難であるとの判断から観測運用の終了が決定されており、今後は衛星運用の安全な終了を目指す取り組みが進められる予定となっている。