東大、熱い酸素ガスを広範囲に放出する遠方銀河を発見

熱い酸素ガスを広範囲に放出する遠方銀河を発見：銀河進化の最終段階を目撃



１．発表者：ユマ　スラポン（Yuma　Suraphong）
　（東京大学宇宙線研究所　日本学術振興会外国人特別研究員）

２．発表のポイント：
　◆地球から９０億光年離れた宇宙に、熱い酸素ガスを広範囲に放出している銀河を１２個発見しました。ガスの放出範囲は最大２５万光年になるものもあり、それぞれの銀河の大きさを超えています。
　◆遠方銀河による酸素ガスの大規模な放出を系統的に探査・発見したのは本研究が初めてです。
　◆今回の発見は、銀河での星形成活動を終わらせる物理的メカニズムを解明するための大きなステップといえます。

３．発表概要：
　東京大学宇宙線研究所のユマ　スラポン　研究員と大内　正己　准教授の率いる国際研究チームは、すばる望遠鏡の広範囲の撮像観測により、地球から９０億光年離れた場所に熱い酸素ガスを放出している銀河を１２個発見しました。ガスの放出範囲は最大２５万光年になるものもあり、それぞれの銀河の大きさを超えています。また、発見された銀河の中には、超大質量ブラックホールが存在するものもある一方、超大質量ブラックホールが存在せず星形成が活発な銀河もあることがわかりました。
　超大質量ブラックホールや星形成により生じた大量のエネルギーは、銀河の中のガスを温め、強力な熱い酸素ガスの放出をひき起こします。この過程で星形成に必要なガスが無くなることで星形成が終わり、銀河進化の最終段階に突入すると考えられています。熱い酸素ガスを広範囲に放出する遠方銀河の発見は、これまで不明であった銀河での星形成活動を終わらせる物理的メカニズムを解明する大きな手がかりとなる可能性があり、今後の研究が期待されます。
　なお、超大質量ブラックホールや星形成といったさまざまなエネルギー源により生じた、広範囲への酸素ガスの放出が発見されたのは、今回が初めてです。この成果は２０１３年１２月１０日発行の天文学専門誌「アストロフィジカル・ジャーナル」に掲載されます。

４．発表内容：
　天の川銀河のような銀河には、大量のガスの中で星が活発的に生まれている銀河もあれば、既に星の生成は終わり最期を迎えるのをただ待っているだけの銀河もあります。後者の銀河は「楕円銀河」として知られ、この銀河には数十億年よりも若い星は存在しないため、星生成は数十億年前、もしくはそれ以前に終わったと考えられています。この星形成の終わりは銀河進化の最終段階で起こりますが、その物理的なメカニズムはよくわかっていません。超大質量ブラックホールや星形成の熱により銀河からガスが飛び出すことが原因だと考えられていますが、これまでの観測では、１つのエネルギー源でのみ調べられ、どのエネルギー源がどのように寄与することにより星形成が終わるのかを観測的に調べることはできませんでした。

　東京大学宇宙線研究所のユマ研究員は、宇宙の中の酸素が、恒星の中心で起こるような核融合反応によりのみ生み出されることに着目しました。酸素ガスを手掛かりとしてガスを放出している遠方銀河を探すのが良いという考えのもと、すばる望遠鏡の主焦点カメラであるSuprime−Camを使って、可視光の領域で電離した酸素ガスを放射している遠方の銀河を効率的に探しました。本手法は、エネルギー源が超大質量ブラックホールであっても星形成であっても有効です。

　探査はすばる・XMM−ニュートン深探査（Subaru／XMM−Newton　Deep　Survey：SXDS）領域で行われ、共同研究者の英国リヴァプール・ジョン・ムーア大学のアリサ・ドレイク（Alyssa　Drake）博士が宇宙膨張による赤方偏移（注１）の効果を利用して探査・発見した遠方銀河を用いて行われました。ユマ研究員は、この遠方銀河のサンプルから、酸素ガスを放射する銀河を系統的に割り出しました。

　この探査で、１０万光年以上（天の川銀河の大きさに相当）の領域に酸素ガスが広がっている１２個の銀河を発見しました。このような酸素ガスの空間的な広がりを持つ銀河を「［OII］（オーツー）ブロブ（［OII］　blob）」と名付けました。すばる望遠鏡の画像（図１）を見ると、酸素ガス（赤色）が銀河の星よりも広範囲に存在していることがわかります。

　［OII］ブロブでは、一年間に太陽の１０から１００倍の重さのガスから星が活発に生まれています。しかし、成長した［OII］ブロブでは、星形成が活発な同じ重さの銀河よりも生成される星の量が少ないことがわかりました。同研究グループを率いる東京大学宇宙線研究所の大内正己准教授は、成長した［OII］ブロブは、ガス放出により星形成の終わりをむかえているのだと考えます。計算によると、探査を行った時代の星形成銀河の約３％がガス放出の段階にあることがわかり、銀河の形成・進化を理解する上で重要な新しい知見が得られました。

　発見された［OII］ブロブのうちの２つでは、すばる望遠鏡とヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡（VLT）による可視光領域の分光観測でもガスの放出が確認されました。共同研究者の英国リヴァプール・ジョン・ムーア大学のクリス・シンプソン（Chris　Simpson）上級講師による分光観測の結果、超大質量ブラックホールや星生成により放出されたと考えられるガスによる吸収が確認されました。

　また、発見された［OII］ブロブのうち１つでは、ガス放出の速度が時速６００kmと非常に速く、超大質量ブラックホールによるガスの強い流れが起こっていると考えられます。［OII］ブロブ１と名付けられたこの銀河は、本研究で発見された［OII］ブロブのなかで最大のもので、天の川銀河の２倍以上の大きさ、および２５万光年もの範囲に広がる酸素ガスでできています。この巨大な［OII］ブロブはX線観測でも確認が可能で、超大質量ブラックホールが活動していることがはっきりとわかります。共同研究グループの筑波大学の梅村雅之教授は、この銀河は超大質量ブラックホールによるガス放出の謎を解く重要な鍵になるかもしれないと考えます。

　この結果は２０１３年１２月１０日発行の天文学専門誌「アストロフィジカル・ジャーナル」に掲載されます。今回の研究は日本学術振興会の科研費・基盤研究A（２３２４４０２５）によるサポートを受けて行われました。

５．発表雑誌：
　雑誌名　　　　　　　　：Astrophysical　Journal　１２月１０日発行
　論文タイトル　　　　　：First　Systematic　Search　for　Oxygen−Line　Blobs　at　High　Redshift：Uncovering　AGN　Feedback　and　Star　Formation　Quenching
　著者　　　　　　　　　　：Suraphong　Yuma＊，Masami　Ouchi，Alyssa　B．Drake，Chris　Simpson，Kazuhiro　Shimazaku，Kimihiko　Nakajima，Yoshiaki　Ono，Rieko　Momose，Masayuki　Akiyama，Masao　Mori，and　Masayuki　Umemura
　DOI番号　　　　　　　：１０．１０８８／０００４−６３７X／７７９／１／５３
　アブストラクトURL　：http://iopscience.iop.org/0004-637X/779/1/53/article


　※用語解説・添付資料は、添付の関連資料を参照


（参考リンク）宇宙線研究所のページ
　http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/2013/12/09140000.html