ガンマ線バーストが明かす、宇宙を再電離させた微かな銀河
注目画像： 長いガンマ線バーストとその母銀河の想像図；クレジット：NASA/Swift/Cruz deWilde
宇宙論における最も根強い疑問のひとつは、宇宙の再電離―中性水素ガスが強力な紫外線放射によって電子を剥ぎ取られ、光が初めて宇宙空間を自由に進めるようになった時代―の原因は何かということだ。星形成銀河が有力な候補だが、天文学者たちは、最も明るく観測しやすい銀河がその役割を果たしたのか、それともかすかでほとんど検出できない銀河の広大な集団が責任を負っていたのかを判断するのに苦労してきた。
『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に掲載された新しい研究は、微かな銀河仮説に対するこれまでで最も強力な証拠を提供する。NASAのスウィフト衛星の20年間のデータを用いて、天文学者チームは、長いガンマ線バースト（LGRB）が宇宙時間を通じて星形成の偏りのない追跡因子として機能し、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡でも見えないほど暗い銀河を明らかにできることを示した。
宇宙の探査体としてのガンマ線バースト
長いガンマ線バーストは、宇宙で最も明るい電磁現象であり、大質量星が直接ブラックホールに崩壊する際に発生する。非常に明るいため、母銀河の大きさや明るさに関係なく、宇宙の彼方まで検出可能である。この特性により、明るい銀河と暗い銀河の両方における星形成活動を測定する理想的な統計ツールとなっている。
パドヴァ大学のJing-Meng Haoが率い、中国科学院、INAF、ピサ高等師範学校の研究者を含むチームは、スウィフトで検出された赤方偏移4から10の範囲のLGRBを分析した。これは宇宙が5億年から15億年の年齢だった時期に相当する。
重要な結果は、LGRBから推定された宇宙の星形成率密度が、銀河が電離光子をどれだけ効率的に生成するか、あるいはそれらの光子がどれだけ容易に脱出するかについて極端な仮定を必要とせずに、観測された水素再電離の状態を自然に説明できるということだ。
見えない微かな銀河
JWSTとハッブル宇宙望遠鏡による標準的な深宇宙探査では、特定の明るさの閾値を超える銀河しか検出できない。LGRB法は、ガンマ線バーストが母銀河を通して輝くため、この制限を完全に回避する。
LGRBから推定された星形成率から、チームは再電離に関与する微かな銀河の限界等級を計算した。赤方偏移が約6（ビッグバンから約10億年後）では、最も暗い寄与銀河は等級-14から-15で、天の川銀河より約100倍暗い。赤方偏移10（ビッグバンから5億年後）では、それらの等級は-10から-11に下がり、これまで直接観測されたどの銀河よりも暗い。
これは、赤方偏移6より大きい領域に、宇宙を再電離するのに必要な電離光子を集合的に供給した微かな銀河の大規模な集団が存在するという独立した証拠である。この結果は、最も明るい初期銀河を見ることのできるJWSTの深宇宙探査を補完し、検出限界以下の銀河集団を明らかにするものである。
この論文は『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に掲載が承認され、参照番号2607.07610で arXiv で入手可能である。
雅子 訳