大マゼラン雲。クレジット:ウィキメディア・コモンズ 130億年以上前、惑星が生まれる前、惑星を構成する重い元素のほとんどが生まれる前に、宇宙で最初の星が点火しました。それらは巨大で燃える水素とヘリウムの球体で、ビッグバン元素合成と呼ばれる時期にビッグバンの数分後に生成された原料でした。これらの恒星巨人が大惨事の超新星（信じられないほど明るく強力な爆発）で死んだとき、彼らは宇宙に最初の重い元素、つまり炭素、鉄、そして基本的に私たちが知っているすべてのものの構成要素を播種しました。
今、天文学者たちは、私たちがこれまで目撃した原始の星の一つに最も近いかもしれない星を発見しました。 SDSS J0715-7334 として知られるこの銀河は、私たちの天の川を周回する衛星銀河である大マゼラン雲にあります。重元素はほとんど含まれておらず、その含有量は約 0.8 ppm、つまり太陽の約 20,000 分の 1 です。
そのため、発見者の言葉を借りれば、それは「宇宙で知られている天体の中で最も原始的な構成」となっています。この発見は、 シカゴ大学のAlexander Ji 氏らによってプレプリントで報告されました。 では、宇宙の第一世代の星のその後の状況と、次の世代がどのように誕生したかを直接垣間見ることができます。
太陽より 20,000 倍純粋
Ji 氏と彼のチームは、スローン デジタル スカイ サーベイ (SDSS-V) の観測結果を精査していたときに、異常を発見しました。スペクトル内に金属を含まない暗い星です。このヒントにより、天文学者たちはチリにあるマゼラン望遠鏡に送られ、そこでの高解像度の追跡調査によって彼らの疑惑が確認されました。
その鉄含有量は太陽のわずか1万分の1であり、ヘリウムより重い他の元素も同様に希少です。わかりやすく言うと、これは SDSS J0715-7334 が、後に金属や塵で宇宙を満たした何世代にもわたる星の爆発にほとんど触れられず、宇宙の元の水素とヘリウムとほぼ同じくらい純粋なガスから誕生したことを意味します。
さらに驚くべきことに、この星には炭素がほとんど含まれていません。 「J0715-7334は、既知の星の中で炭素量が最も少ない」と著者らは書いている。これは、この古代の赤色巨星には、天文学者が「ほぼ原始的な」星に通常見ている重要な要素の 1 つが欠けていることを意味します。
「これは非常に素晴らしい発見です」と、この研究には関与していないケンブリッジ大学のアンケ・アーダーン・アーレンセン氏はニュー・ サイエンティストのインタビューで語った。 。 「しかし、特に興味深いのは、私たちが知っているほとんどの（ほぼ）原始的な星には多くの炭素が含まれているのに対し、この星には炭素が含まれていないということです。」
これが問題です。 SDSS J0715-7334 のような小さな星を形成するには、重力で崩壊するほどガスが冷える必要があります。炭素原子は通常、熱を放射する働きをします。しかし、炭素の存在が非常に少ないため、何か別のものがその代わりをしたに違いありません。
Ji 氏らによると、おそらく原因は粉塵だという。 「低質量星形成の現在のモデルは、形成時に塵冷却がすでに機能していた場合にのみ、SDSS J0715-7334 の存在を説明できます」と研究チームは報告しています。
失われた炭素の謎
天の川銀河にある原始状態に近い星には炭素がないのに、なぜこの星には炭素がないのでしょうか?天文学者たちは、その答えはそれが形成された環境にあるのではないかと考えています。
「宇宙の異なる場所の異なる環境では、初期のガスの冷却方法が異なるのだろうかという疑問が生じます。」マサチューセッツ工科大学の天体物理学者アンナ・フレベル氏はにこう尋ねた。 新人科学者 。 「なぜ冷却方法が違うのかという疑問を抱くことはできますが、それに対する良い答えはないと思います。」
Ji氏のチームは、大マゼラン雲の状態により、異なる種類の早期冷却プロセスが優勢になった可能性があると示唆している。彼らのシミュレーションでは、SDSS J0715-7334 は、塵の冷却がすでに活発であり、おそらく 1 つの強力な爆発の残骸、つまり太陽質量 30 の巨大な人口 III 星からの超新星によって引き起こされた場合にのみ形成された可能性があります。
銀河旅行者
SDSS J0715-7334 の速度と位置を使用して、Ji のチームは星の軌道を再構築しました。おそらく大マゼラン雲かその近くで発火し、その後天の川の暈の中に漂流したと考えられます。 「したがって、J0715−7334 は銀河系移民であり、LMC またはその近くで生まれ、最近天の川に捉えられたものである」と研究者らは述べています。
そのため、この星は、銀河系外から来たことが知られている星形成の最初の「化石」の 1 つとなります。この発見は、初期の宇宙が多様な星形成環境を育んだ可能性を示唆しており、その中にはこのような炭素の少ない星を生み出すことができる環境も含まれています。
また、長い間天の川銀河の仲間であると考えられてきたマゼラン雲が、宇宙進化の初期段階に関する秘密をまだ隠している可能性があることも示唆しています。
宇宙の最初の星、つまりとらえどころのない人口 III 星は、直接観測されたことがありません。彼らは明るく燃えて若くして亡くなり、その後の星々に痕跡だけを残しました。しかし、SDSS J0715-7334 により、天文学者はこれまでで最も説得力のある子孫の 1 つを発見しました。
Ji氏のチームはこの星の化学パターンをモデル化し、それがおよそ5×10⁵¹エルグのエネルギーで爆発した集団IIIの超新星に最もよく一致することを発見した。これは典型的な恒星の爆発よりも数倍強力で、濃縮された破片が初期宇宙の広大な領域に飛散するのに十分です。
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡でも、これほど化学的に原始的な銀河はまだ検出されていません。 JWST が観測した最も金属に乏しい銀河は、約 10 倍高い金属量を持っています。 「高赤方偏移銀河が本当に金属を含まない星でできた純粋な銀河であることを証明するには、その銀河のかなり詳細な観察が必要になるだろう」と研究では述べられています。
言い換えれば、SDSS J0715-7334 は、宇宙を照らした最初の火花の最も近い具体的な証拠を表している可能性があります。
Ji 氏がチームの結論で述べたように、「人口 III の星の探索は継続します。」しかし、銀河の間を漂う古代の赤色巨星の一つで、天文学者はそのような天体のほぼ完璧なエコーを発見しました。
