ハッブル宇宙望遠鏡で撮影した銀河団「エイベル1689」。同銀河団の中に、塵（ちり）を大量に含む小型の銀河があることがわかった。（PHOTOGRAPH BY NASA, ESA, THE HUBBLE HERITAGE TEAM (STSCI/AURA), J. BLAKESLEE (NRC HERZBERG ASTROPHYSICS PROGRAM, DOMINION ASTROPHYSICAL OBSERVATORY), AND H. FORD (JHU)）

初期宇宙を研究している天文学者の国際チームが、「あり得ない銀河」を発見した。

『Nature』誌に先日発表された論文によると、この小型の銀河はビッグバンが起きてからわずか7億年後に形成されたもので、これほど若く小さな銀河としては考えられないほど多くの塵（ちり）を含んでいるという。

銀河の形成過程に詳しいアリゾナ大学のダニエル・マローン（彼は今回の論文には関わっていない）は、これは驚くべきことだと語る。塵は惑星などの固体天体の形成に欠かせないものだが、誕生したばかりの宇宙には存在していなかった。ビッグバン直後の宇宙にあったのは、水素とヘリウムのガスだけだ（ダークマターもあったはずだが、これは不可視だ）。

天文学の世界ではこのところ、定説を覆すような報告が相次いでいる。今回の発見もその一つだ。「先週は、初期宇宙で形成された恐ろしく巨大なブラックホールが発見されたというニュースがありました。我々のチームが発見した銀河は小ぶりで、非常に多くの塵を含んでいます。初期宇宙の成り立ちについては、おおまかな仮説が立てられていますが、本当のところはよくわかっていないのが現状です」

覆される「定説」

ビッグバン後の宇宙では、漂っていたガスが凝縮して最初の星々を形成した。恒星の内部で作られた炭素、ケイ素、酸素といった重い元素は、やがて恒星が寿命を迎えて爆発した際、宇宙空間へと放出された。宇宙最初期の塵粒子は、これらの元素から形成されたものだ。

今回発見された銀河「A1689-zD1」が活動を始めた頃には、最初の星々はすでに生命を終えていたため、宇宙にはかなりの量の塵が存在したことになる。しかし塵の大半は、たくさんの恒星が形成された明るく大きな銀河に含まれていたと考えられる。A1689-zD1は比較的小型の銀河で、光も弱い。せいぜい天の川銀河の周囲を回る矮小銀河「大マゼラン雲」程度の大きさだ。

これまでに発見された初期銀河の数は、ごくわずかしかない。たとえ明るいものであっても、地球からあまりに離れているせいで、弱い光しか届かないためだ。そこで天文学者は、重力による光量の増幅効果を利用して観測を行う。アインシュタインの一般相対性理論では、地球から見て手前にある物体の重力は、遠くの物体から届く光線を曲げるとされている（アインシュタインはこの「重力レンズ効果」を実際に観測することはできないと考えており、その点では間違えていたことになる）。

『Nature』に発表された論文の主執筆者である、コペンハーゲン大学ダーク・コスモロジー・センターのダラク・ワトソンは、チリのアタカマ砂漠に設置された超大型望遠鏡（VLT）を使って、巨大な銀河団「エイベル1689」を観測した。エイベル1689の重力により、A1689-zD1が9倍明るく見えることを利用して、ワトソンらは地球からA1689-zD1までの距離を測定し、その光が地球に向かって放たれたのはいつなのかを解明した。

VLTは恒星が発する光を観測するのは得意だが、塵を見ることができない。そこでワトソンは、アルマ望遠鏡を使っていた同僚の研究者に声をかけた（関連記事：「宇宙誕生 見つめる目」）。「彼女がアルマ望遠鏡でA1689-zD1をひと目見ると、そこには大発見が待っていました」

A1689-zD1にあまりに多くの塵が含まれていることに、ワトソンは驚かされた。巨大で短命な星々を含む大型の銀河では、短期間で大量の塵が形成される。大きな恒星はわずか数百万年で超新星として大爆発を起こすからだ。一方、小型の銀河の場合、そこに含まれる塵は、小さな恒星が数十億年の寿命を終えて静かに死んでいく際に放出されたものであるはずだ。だがA1689-zD1に含まれる大量の塵は、複数回の超新星爆発によって生まれたものだということになるとワトソンは言う。アルマを通して見えた塵の量から考えると、「爆発の際に最大量の塵が放出され、それが残っているのでしょう」

真相を確かめるには、A1689-zD1のような銀河をたくさん発見するしかない。しかしこれはめったに見つかるものではないし、現在もう一つ発見されている同種の銀河にはほとんど塵が含まれていないため、どちらが典型的なパターンなのかが判別できない。「今のところ、ほかに参考にできる銀河は見つかっていないのです」

だが2年前に完成したアルマ望遠鏡に、現在建造中の次世代の大型光学望遠鏡が加われば、じきに同様の銀河が見つかることだろう（関連記事：「望遠鏡 新時代」）。最初期の宇宙についてはまだわからないことも多いが、そうした状況は徐々に改善されるに違いない。