JWSTの画像に写っていた「赤い渦巻銀河」

【2022年12月9日 早稲田大学】

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の初成果として7月に発表された銀河団「SMACS 0723」の画像には、はるか遠方に位置する無数の銀河が精細にとらえられていて、大いに話題を集めている。早稲田大学理工学術院総合研究所の札本佳伸さんたちの研究チームは、その中に特異な「赤い渦巻銀河」が写っていることに注目した。

JWSTが撮影した、とびうお座の銀河団SMACS 0723。今回の研究対象となった2つの赤い渦巻銀河はともにこの画像の右上に写っている（提供：NASA, ESA, CSA, STScI）

天の川銀河のように渦巻き状の腕を持つ「渦巻銀河」は、もっぱら近距離の、言い換えれば「最近の時代の」宇宙で見つかっている。ハッブル宇宙望遠鏡（HST）などによる従来の観測では、80億年以上前の初期宇宙には不規則な形状の銀河が多く、渦巻銀河はほとんど発見されていない。このことから、渦巻銀河の形が整うには宇宙誕生から比較的最近までの長い時間が必要なのではないかと考えられてきた。

また、すばる望遠鏡による大規模な探査によれば、現在の宇宙に存在する渦巻銀河の98%では活発に星が形成されている。そのため、渦巻銀河は生まれたての星の青い光で彩られがちだ。

札本さんたちが見つけた渦巻銀河は初期宇宙にあり、しかも赤い光を発している点で、従来の知見と大きく異なる。これらの銀河はHSTやNASAの赤外線天文衛星「スピッツァー」の観測で検出はされていたものの、形状や性質までは知られていなかった。スピッツァーの10倍の空間分解能と50倍の感度を持つJWSTの性能によって初めて渦巻きがとらえられたのだ。

渦巻銀河の中でも特に赤かったRS13（左）とRS14（右）。上が赤外線天文衛星スピッツァーが撮影した単波長の画像で、下はJWSTがはるかに高い解像度で撮影した多波長擬似カラー画像（提供：早稲田大学リリース）

「赤い渦巻銀河」は全部で21個見つかった。JWSTは赤外線をとらえるため、私たちの目に赤く見えているのは可視化するための擬似色だ。しかし他の銀河と比べると、これらの銀河は間違いなく波長が長い、つまり「赤い」傾向にある。遠方の天体から届く光は宇宙膨張の影響を受け、波長が長くなるため赤くなるが、その効果を考慮しても、これらの渦巻銀河は私たちが知るものより赤かった。

研究チームは、渦巻銀河の中で特に赤かった「RS13」「RS14」の2つを分析した。いずれも80億年から100億年前の初期宇宙に存在する銀河であり、RS14では星形成が行われておらず、年老いた星の光で赤くなっていることが確認された。

このように年老いた渦巻銀河は現在の宇宙では極めて珍しいものの、JWSTが最初に公開した深宇宙の画像で早速見つかっている。つまり、過去の宇宙では年老いた銀河はこれまで考えられてきたよりも多く存在するかもしれない。そうした銀河はどのように作られたのか。研究チームは、今後も赤い渦巻銀河の研究を進めていくことでいまだ謎多き銀河の成り立ちについて新たな知見を加えられると考えている。