天文学新時代へ! 宇宙論的距離におけるマルチメッセンジャー天文学の新たな展開 ―重力レンズ効果が解き明かした、約110億年前の爆発的な星形成活動とニュートリノのつながり―

2026-06-17 国立天文台

国際研究チームは、南極のニュートリノ観測施設IceCubeが検出した高エネルギーニュートリノ事象「IC 210922A」の到来方向を、アルマ望遠鏡などで詳細に追跡観測し、約110億年前の宇宙に存在する爆発的星形成銀河「シャドウ・ブラスター」を発見した。研究成果は『Nature Astronomy』に掲載された。従来、高エネルギーニュートリノの発生源としては活動銀河核が有力視されていたが、この天体は厚い塵に覆われ、ブラックホール活動に特徴的な強いX線やガンマ線放射をほとんど示さなかった。一方、重力レンズ効果によって内部構造の詳細な解析が可能となり、銀河中心部の約1500光年という狭い領域に、太陽数千億個分に相当する膨大なガスと塵が集中していることが判明した。アルマ望遠鏡による分子ガス観測からは、ブラックホールではなく極めて活発な星形成活動によって加熱されていることが示された。この超高密度環境では宇宙線粒子の衝突が頻発し、高エネルギーニュートリノを生成する天然の粒子加速器として機能していると考えられる。研究チームは、このような銀河が初期宇宙に多数存在したことで、宇宙を満たすニュートリノ背景放射の最大約20%を担っている可能性を示した。本成果は、電磁波観測とニュートリノ観測を組み合わせるマルチメッセンジャー天文学によって、初期宇宙と高エネルギー粒子起源の解明に新たな道を開く重要な発見である。

天文学新時代へ! 宇宙論的距離におけるマルチメッセンジャー天文学の新たな展開 ―重力レンズ効果が解き明かした、約110億年前の爆発的な星形成活動とニュートリノのつながり―
今回の発見の概念図。宇宙ニュートリノ事象「IC 210922A」の方向にある爆発的な星形成銀河「シャドウ・ブラスター」を、アルマ望遠鏡で捉えました(右下・四角で囲まれた電波画像)。ニュートリノ(ν)の起源である初期宇宙に存在するシャドウ・ブラスター(中央・丸で囲まれた想像図)が、重力レンズ効果によって4つの明るくなった像として観測されています。(クレジット:MITOS)

<関連情報>

宇宙の正午に発生するコンパクトな塵の星形成は、高エネルギーニュートリノと関連している Compact dusty starbursts at cosmic noon linked to high-energy neutrinos

Yuji Urata,Kuiyun Huang,Bunyo Hatsukade,Mansi Kasliwal,Shigeo S. Kimura,Yuichi Matsuda,Yusuke Miyamoto,Hiroshi Nagai,Kouichiro Nakanishi & Robert Stein
Nature Astronomy  Published:17 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-026-02884-9

Abstract

The origin of high-energy astrophysical neutrinos remains unresolved, and secure electromagnetic counterparts to individual events are rare despite rapid follow-up. Dusty star-forming galaxies (DSFGs) at cosmic noon (z ≈ 1–4) are natural cosmic-ray calorimeters, yet observational links between DSFGs and neutrinos have remained unknown. Here we report a compact-core DSFG within an IceCube localization, JCMT0402−0424, a quadruply lensed galaxy at z = 2.988 located inside the 90% containment region of the IceCube event IC 210922A. Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array imaging and lens modelling resolve a highly magnified, compact starburst with no bright γ-ray or X-ray counterpart above current sensitivity limits. Considering the positional agreement, the low chance–coincidence probability (≲1%) for such an extreme submillimetre source, the absence of equally plausible alternatives in the field and the compact, gas-rich core revealed by Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, JCMT0402−0424 is the most plausible electromagnetic counterpart candidate within the IC 210922A localization. In a population context, compact-core starbursts at cosmic noon can provide a non-negligible population-level contribution to the diffuse high-energy neutrino background, even though the neutrino yield from any single DSFG is modest. This result connects high-energy neutrino production to the peak epoch of cosmic star formation, opening a new avenue to probe galaxy evolution and cosmic-ray acceleration across cosmic time.

1701物理及び化学
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