鉄などの重元素の起源は100億年以上前の宇宙にあった! - JAXAなどが確認

宇宙航空研究開発機構(JAXA)とスタンフォード大学は10月31日、X線天文衛星「すざく」を用いた観測から、100億年以上前に、鉄などの重元素が宇宙全体にばらまかれた時代があり、それが現在宇宙に存在するほとんどの重元素の起源であることを確認したと発表した。

同成果は、スタンフォード大学カブリ素粒子宇宙論研究所(Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology)のNorbert Werner研究員、JAXAインターナショナルトップヤングフェローのAurora Simionescu研究員らによるもので、詳細は英科学誌「Nature」の2013年10月31日号に掲載された。

鉄などの重元素は、宇宙の始まりであるビッグバンの時点では存在せず、星の中で合成された後、その星の最後である超新星爆発により周辺の空間に拡散すると考えられている。今から約110億年ほど前、星が大量に誕生し、銀河がたくさん生み出されたと考えられている。星々で生まれた重元素が銀河の外まで運ばれることはこれまでの研究から知られていたが、同時代の重元素がどの程度まで広がったのかについてはよく分かっていなかった。

今回、研究グループは、我々の身の回りにある銀河の大集団「銀河団」を観測し、個々の銀河の周辺や、銀河間空間の全体に大きく広がるガスの中の重元素の割合を調べることで、そのバラつき、特に銀河の分布との関係に基づき、そうした謎の解明に向けた手がかりを得ることに挑んだ。

具体的には、X線天文衛星「すざく」を用いてペルセウス座銀河団の1000万光年におよぶ範囲における鉄の割合を調べたところ、鉄の割合がほぼ一様であることを確認。このことから、鉄のほとんどは、銀河団が形成された時代よりも前に、宇宙に広がり、よく混ざっていたと考えられるとの結論を得たという。

銀河団の誕生は、約100億年以上前と考えられていることから、少なくともそれまでに鉄などの重元素が星々から大量にまき散らされ、宇宙中に拡散したこと、ならびに現在の宇宙に広がるほとんどの重元素はその時代にまき散らされたものであることが示された。また研究グループでは、そうした銀河から宇宙空間に重元素が吐き出された仕組みとしては、当時の星生成とブラックホール成長によるエネルギー拡散によって生じた強い風によるもの、と説明している。

なお研究グループでは今後、すざくやより高感度を実現した次期X線天文衛星「ASTRO-H」などを用いることで、ほかの銀河団でも同様な現象が見られるのか、さらには複数の銀河団を含む大規模構造全体ではどうなのかなどの調査が行われ、その結果として、重元素の生成とその拡散の歴史に関する理解が進むことが期待されるとコメントしている。