[비즈한국] 1789年、イギリス海軍の将校ジョン・ハンターはオーストラリアで初めてカモノハシを目撃した。ビーバーの胴体にカモのくちばしを持つ奇妙な動物だった。しかし、しばらくの間、他の生物学者たちはハンターの主張を信じることができなかった。あまりに奇妙で、他の動物を無理やり縫い合わせた偽物ではないかと疑うほどだった。
しかし、カモノハシは実在する。その姿は、進化のミッシングリンクをつなぐかのように神秘的だ。ところが最近、天文学者たちがジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測を通じて、宇宙の果てでいわゆる「カモノハシ銀河」を発見した！これまで知られているどの種類の銀河にも属さない、奇妙な銀河だ。
カモノハシはその特徴を一つひとつ取り出して見れば、全く不思議ではない。水かき、くちばし、毛、どれも平凡なものだ。問題は、そうした特徴が一つの動物に共存しているということだ。今回議論となっているカモノハシ銀河も同様だ。この銀河に見られる個別の特徴は、他の天体でもよく見かける一般的なものだ。しかし、こうした特徴がたった一つの天体に同時に現れるというのは、前例のない現象である。
この天体が見せる特徴は、次のように要約できる。第一に、銀河というよりは点光源に近いほど小さく、光が密集して見える。第二に、銀河の赤方偏移が非常に大きいため、非常に遠い宇宙の果てにあることがわかる。第三に、銀河のスペクトルから輝線が観測されるが、その輝線の幅が非常に狭い。
実は、第一の特徴と第二の特徴を併せ持つことは、もはや珍しくない。天文学ではクエーサーと呼ぶ。星のように非常に小さく見えるが、赤方偏移が3.6から5.4にも達するほど非常に大きいため、近い恒星である可能性は完全に排除される。代わりに、非常に遠い場所で明るく輝くクエーサーに近い。この天体は、宇宙の年齢がわずか12億〜18億歳の時に存在していた。現在の宇宙年齢の10分の1しかない、非常に幼い時期に存在した初期宇宙の天体だ。
クエーサーが非常に遠い距離にあるにもかかわらず観測されるのは、強力なエネルギーを放ち続けているからだ。天文学者たちは、クエーサーは大部分がその中心に荒ぶるブラックホールを抱えていると推定する。初期宇宙の銀河中心で大量のガス物質を一度に飲み込みながら急成長する中心超大質量ブラックホールが、莫大なエネルギーを噴出しているのだ。しかし、今回観測されたカモノハシ銀河を、単なる活動銀河核を抱えるクエーサーだと断定するには曖昧な部分がある。
まさに第三の特徴のせいだ。中心で急激にガス物質を飲み込みながら成長する超大質量ブラックホールを抱えているならば、銀河中心部ではガス物質が非常に速い速度で渦巻くことになる。こうしたガス物質の速い動きは、非常に大きなドップラー効果を引き起こす。ドップラー効果とは、光を発する物体が動くことで、私たちが観測する光の波長に変化が生じることをいう。通常、このように速く渦巻くガス物質を抱える天体では大きな赤方偏移と青方偏移が同時に起こり、スペクトルは波長がより短い側と長い側に均等に広がって見える。そのため、スペクトルの輝線も両方の波長側に広がって見えるのだ。
ところが、カモノハシ銀河の輝線は非常に狭く鋭い。典型的なクエーサーでは見られない当惑するような特徴だ。カモノハシ銀河は、平凡なクエーサーに比べて輝線がはるかに狭く、暗い。単なるクエーサーと見ることも難しい。
他の可能性がゼロではない。中心に荒ぶるブラックホールを抱える活動銀河は、我々がどの方向から眺めるかによって輝線の幅が変わることがある。中心で速く渦巻くガス物質を真正面から見るような方向であれば輝線は両側に広く広がった姿になるが、中心が濃い塵に覆われて外郭のゆっくり渦巻く物質だけが見える場合、輝線がはるかに狭く観測される可能性がある。
しかし、ここでさらに大きな問題が生じる。先ほど言及したような活動銀河核は、これまで点光源の形で観測されたことがない。大部分は細長い形で観測される。銀河を上から見下ろすのではなく、横から眺める時に輝線が狭い活動銀河となるからだ。したがって、今回発見された9つの疑わしい天体は、クエーサーとしても、横から眺めた活動銀河としても分類されない。その何でもない。私たちがこれまで見たことも、経験したこともない未知の何かである。
彼らの正体を説明する、さらに驚くべき最後の可能性がある。彼らがジェームズ・ウェッブの写真でほとんど点光源のように見える理由は、本当にあまりに遠いからかもしれない。銀河のスペクトルは、その中に住む星々の光のスペクトルが混合された結果だ。今回発見された9つの銀河のうち、1つを除く8つはすべて一般的な銀河で見られるスペクトルの形態と類似している。これを根拠に新たに計算し直すと、このような可能性が残る。
実は、非常に若い星々だけで構成された銀河である可能性がある。宇宙の年齢がわずか1億年しかなかった時の姿かもしれない。相対的に質量の軽い星が3億個ほど集まって、私たちの銀河周辺にある小マゼラン雲程度に質量が小さい可能性がある。そして毎年、太陽質量の2倍程度で着実に星が生まれ続けている。この時期に生まれる星は、まだ重元素の含有量がはるかに低く、私たちの銀河で観測されるものと比較して最大半分程度しかない。
この最後の可能性が事実であれば、カモノハシ銀河は、まさに成長を始めたばかりの本当に若い銀河、実質的に銀河の種が芽生える瞬間と見ることができる。これは、今日の宇宙の進化を説明するシミュレーション宇宙論と比較して非常に興味深い。通常、宇宙論的シミュレーションは、太古から小さな銀河たちが急速に衝突と合体を繰り返しながら規模を大きくしていく方式で宇宙の進化を再現する。この過程を銀河の階層的合体過程と呼ぶ。今日の宇宙にあるほぼすべての大きな銀河は、このようにして作られたと推定される。
ところが意外なことに、ビッグバン直後の極初期宇宙は平和だった可能性がある。初期銀河が非常に混乱した合体を繰り返すのではなく、単独でゆっくりと成長しながら種が芽生える時間を過ごした可能性がある。ジェームズ・ウェッブで相次いで発見された小さく赤い点たちの正体と何か関連があるのかもしれない。少なくとも初期宇宙は、私たちが考えていたよりもはるかに奇妙であるという事実を再確認するばかりだ。
参考
https://science.nasa.gov/missions/webb/scientists-identify-astronomys-platypus-with-nasas-webb-telescope/
執筆者 Ji Ung-baeは？猫と宇宙を愛する。幼い頃、『銀河鉄道999』を見て宇宙の美しさを伝える夢を持つようになった。現在、世宗大学校自由専攻学部助教授として、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『毎日宇宙の一欠片』、『星が輝く宇宙の科学者たち』、『行けないけれどわかる』、『宇宙を見ると浮かぶ奇妙な質問たち』などの本を執筆し、『本当の宇宙を旅するヒッチハイカーのためのガイドブック』、『私はどうして冥王星を殺したか』、『クォンタム・ライフ』、『コスミグラフィック』などを翻訳した。