初期宇宙の銀河から中性酸素の輝線を初検出―アルマ望遠鏡で拓く「星の材料」観測―

2026-06-16 千葉大学

千葉大学、早稲田大学、筑波大学、広島大学などの国際研究チームは、アルマ望遠鏡を用いて宇宙誕生から約7億〜8億年後の初期宇宙に存在する4つの星形成銀河から、中性酸素が放つ遠赤外線輝線「[O I] 145μm」の検出に世界で初めて成功した。これは、星形成の直接の材料となる冷たい中性ガスを示す信号として、典型的な星形成銀河では最遠方の観測例となる。中性ガスは恒星誕生の源だが、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)などの可視・近赤外線観測では捉えにくく、アルマ望遠鏡による電波観測が不可欠である。解析の結果、これらの銀河は現在のスターバースト銀河に匹敵する高密度の中性ガスを含み、活発な星形成が進行していたことが明らかになった。さらに、[C II] 158μm輝線が主として中性ガス由来であることも初めて直接検証され、これまで蓄積された観測データを星形成研究に活用する道が開かれた。本成果は、初期宇宙における銀河形成や恒星誕生の過程を理解する新たな観測手法を示すものであり、今後はJWSTとの連携によって銀河進化の全体像解明が期待される。

初期宇宙の銀河から中性酸素の輝線を初検出―アルマ望遠鏡で拓く「星の材料」観測―
図:ビッグバンから約7億年後の宇宙に存在する銀河A1689-zD1(背景)、とアルマ望遠鏡による観測から検出された中性酸素からの輝線(等高線およびスペクトル)

<関連情報>

ALMAによるz  ∼ 7の星形成銀河からの[O I ] 145 μmおよび[N II ] 205 μm輝線観測 ALMA Observations of [O i] 145 μm and [N ii] 205 μm Emission Lines from Star-forming Galaxies at z ∼ 7

Yoshinobu Fudamoto, Akio K. Inoue, Rychard Bouwens, Hanae Inami, Renske Smit, Daniel P. Stark, Manuel Aravena, Andrea Pallottini, Takuya Hashimoto, Masamune Oguri,…
The Astrophysical Journal  Published: 2026 June 15
DOI:10.3847/1538-4357/ae5bad

Abstract

We present results of new observations of [O i] 145 μm and [N ii] 205 μm emission lines from four star-forming galaxies at redshifts between z = 6.58 and 7.68 that have previous detections of [C ii] 158 μm and dust continua. Using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, we successfully detect [O i] 145 μm emission from all targets at >4σ significance. However, [N ii] 205 μm emission is undetected in all galaxies (signal-to-noise ratio < 3.5σ) except for a tentative detection from A1689-zD1. From the observed high [C ii]/[N ii] emission line ratios (≳20−80), we find that most of the [C ii] 158 μm emission arises from neutral gas regions (3σ lower limits of ≳74%−96%). From [O i] 145 μm, [C ii] 158 μm lines, and IR luminosities, we estimate the neutral gas densities of nH = 103.5–106 cm−3 and the far-UV (FUV) radiation strengths of G0 ∼ 102.5–103. While the neutral gas densities are similar to those of high-redshift starburst galaxies, the FUV strengths are lower compared to both local and high-redshift starbursts. Finally, we estimate atomic hydrogen masses using [O i] 145 μm emission lines and the oxygen abundances measured from recent JWST observations. We find gas mass ratios of fgas ∼ 0.3–0.8, which are similar to earlier studies using [C ii] 158 μm. Starting from this pilot observation, future large [O i] 145 μm emission line surveys will provide us with currently little-known neutral gas properties of star-forming galaxies in the early Universe.

1701物理及び化学
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