チューリッヒ工科大学の小野寺仁人氏らによる研究チームは、すばる望遠鏡に搭載された近赤外線多天体撮像分光装置「MOIRCS」を使いて、ビッグバンから40億年後の宇宙に存在している、既に星形成活動を終えた銀河を観測し、およそ110億年にわたる楕円銀河進化の様子を描くことに成功した。

近傍宇宙にある太陽の1000億倍といった非常に大きな質量を持つ銀河は、ほとんどが楕円銀河のように星形成活動が見られないことが知られている。このような大質量銀河の星形成がいつ頃どのような規模で生じ、どの程度の時間にわたって継続したうえで停止に至ったのか、また、星形成の停止後にどのような過程を経て現在の宇宙に見られる楕円銀河になったのかについては、いまだに多くの謎が残っている。

今回の研究では、ビッグバンから40億年後の宇宙で既に星形成を停止した銀河の恒星のスペクトルに刻みこまれた情報に注目し、その進化の様子を、銀河の形成期により近いところにさかのぼって調べた。

すばる望遠鏡の近赤外線多天体撮像分光装置「MOIRCS」を使いて遠方の楕円銀河から得られた合成スペクトルを解析したところ、観測した銀河の年齢が10億年、金属量が太陽に比べて1.7倍、アルファ元素と鉄の比が太陽の場合に比べて2倍程度であることが分かった。

ビッグバンの40億年後に星形成が停止した状態の銀河の年齢が10億年ということは、その祖先は、10億年さかのぼった宇宙で星形成活動をおこなっている銀河ということになる。実際にそこでは、同じような質量を持つ星形成銀河の多くは1年あたり太陽の数百倍の質量に相当する星々を形成していることが知られており、研究チームが遠方の楕円銀河の調査から見積もった祖先の性質とよく一致していることが分かった。

祖先となる星形成銀河がこのペースで星形成を続けると、現在の宇宙に存在しないほどの質量になってしまうことが予想されるため、これらの銀河は何らかの作用によって、ほどなくして急激に星形成が停止し、その後は星形成を行うことなく現在まで進化してきたと考えられる。

小野寺氏は、「今後は、ひとつひとつの銀河の性質を詳しく調べたり、さらに遠方にこのような研究を拡張したりすることで、楕円銀河形成の詳細に迫りたい」とコメントしている。

なお、この内容は「The Astrophysical Journal」に掲載された。論文タイトルは、「The Ages, Metallicities, and Element Abundance Ratios of Massive Quenched Galaxies at z~1.6」。