始まりの頃、宇宙には形も空もなく、闇が深淵の表面にありました。これは、ビッグバンから約 10 億年後まで、天空を照らす銀河や星がなく、主に中性の水素ガスで満たされていたためです。しかし、ガンマ線バースト (GRB) と呼ばれるまれな超高エネルギー恒星爆発は、このあいまいな時代、いわゆる宇宙の暗黒時代に新たな一面をもたらし、それがいつ終了したかを正確に突き止めるのに役立つ可能性があります。爆発の残光の研究は、そのような中性水素がビッグバンから 10 億年後に豊富にあったことを示唆しており、暗黒時代はまだ終わっていなかった、と日本の天文学者のチームは報告している.
暗黒時代は、ガスの塊が集まって最初の星や銀河が形成され、それらの光が水素原子を分解、つまり再イオン化するまで続きました。 (今日、銀河間空間の水素の大部分はイオン化されています。) それがいつ起こったかを調べるために、研究者は、宇宙の過去のさまざまな時期にどれだけの中性水素がまだ存在していたかを測定したいと考えています。
これを行う1つの方法は、いわゆる21センチメートル放射線を検出することです。これは、中性水素から放出される微弱な電波信号です。しかし、これを行うことができる電波望遠鏡は、過去にさかのぼって見ることができるほど正確ではありません.天文学者は、非常に明るい銀河核であるクエーサーからの光を見て、クエーサーを取り囲む近くの中性水素による光の明確な波長の吸収を探すこともできます。 (イオン化された水素は光放射を吸収しません。) しかし、クエーサーは大きな銀河に存在し、いずれにせよそれらの周りのガスの多くをイオン化する可能性が高いため、クエーサー スペクトルの解釈はより困難になる可能性があります。
3 つ目の方法は、GRB を研究することです。GRB は、急速に回転する大きな星が崩壊し、超新星または超新星を引き起こすときに発生する非常にまれですが、非常に強力な爆発です。爆発は狭い放射線ビームを宇宙に放ち、それが地球に向けられると、数秒または数分間続くガンマ線の閃光として現れ、その後、より長い波長でより長く持続する残光が続きます。クェーサーと同様に、GRB 残光からの放射を使用して、爆発の近くで中性水素を探すことができます。 GRB は小さな銀河に由来するか、銀河から完全に離れているため、光源として潜在的にクリーンです。
東京大学の天文学者であるTotani Tomonoriと同僚たちは、まさにそのようなGRBを幸運にも垣間見ることができました. GRB 130606A は、昨年 6 月に NASA の Swift 衛星によって検出されました。最近のこのようなイベントでは一般的であるように、ハワイにある日本のすばる望遠鏡を含め、世界中の望遠鏡がその光の一部を捉えるために回転しました.非常に明るいため、すばるの微光天体カメラと分光器は、その残光のスペクトルを正確に測定することができました。この GRB を特別なものにしたのは、赤方偏移が 5.913 の非常に遠いところにあったことです。これは、膨張し続ける宇宙が現在のサイズのわずか 7 分の 1 で、年齢がわずか 10 億歳だったときに爆発したことを意味します。
GRB のスペクトルから、研究者はバーストを取り囲む銀河間ガスの 10% が中性水素で構成されていると計算し、Publications of the Astronomical Society of Japan で 6 月に公開される論文で報告しています。 .豊富な中性水素は、暗黒時代を終わらせた再電離プロセスが当時まだ完了していなかったことを示唆しています。
「これは興味深い結果であり、[GRB] に由来する再電離の時代に対する最良の制約です」と、イギリスのエディンバラ大学の天体物理学者 Avery Meiksin は電子メールで書いています。しかし、2010 年に発見されたクエーサーからより良いデータが得られました。その赤方偏移は 7.1 であり、ビッグバンからわずか 7 億 7000 万年後のことを示しています。そのスペクトルの広範な分析は、近くのガスが少なくとも 10% の中性水素であることを示しており、この GRB から確固たる結論を引き出すには、同様の分析が必要であると Meiksin は述べています。 「この結果の主な意味は、それがGRBであり、将来的に同様のデータがさらに増えることを約束していることです」と彼は付け加えます.イスラエルのテルアビブ大学の天体物理学者である Rennan Barkana は、非常に質の高いスペクトルが中性水素の「穏やかな証拠」を提供することに同意するが、多くの不確実性がある.彼は、GRB からの証拠は「非常に有望」であると述べています。
「この種の研究の主な制限は、十分に高い赤方偏移でそのような明るい GRB の発生率が低いことです」と Totani は電子メールに書いています。しかし、30 メートル望遠鏡や欧州超大型望遠鏡などの次世代の巨大望遠鏡がオンラインになるにつれて、その状況は今後 10 年で改善される可能性が高いとトタニ氏は言います。より豊富な GRB。
