初期宇宙の銀河には予想以上に多くの低質量星が存在(Hidden stars suggest that distant galaxies are more massive than they appear)

2026-08-21 ペンシルベニア州立大学(Penn State)

国際研究チームは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)と地上の大型望遠鏡による観測から、初期宇宙の大質量銀河には従来想定よりはるかに多くの低質量星が存在することを明らかにした。9個の成熟した大質量銀河のスペクトルを分析し、明るい大質量星に隠れた微弱な低質量星の割合を初めて精度よく推定した結果、銀河の総質量は従来推定の3~4倍に達する可能性が示された。特に、ビッグバンから15億年未満の時期に形成されたとみられる銀河では、質量が最大4倍に修正される可能性がある。これは、初期宇宙でこれほど大量の星が短期間に形成された仕組みを、従来の銀河形成モデルでは説明しきれないことを意味する。また、低質量星を公転する惑星が多いことから、初期宇宙に形成された惑星数も従来予想より多かった可能性がある。

<関連情報>

初期銀河における隠された質量は、底辺が重い初期質量関数によって明らかになった Hidden mass in early galaxies revealed by bottom-heavy initial mass functions

Chloe M. Cheng,Martje Slob,Mariska Kriek,Aliza G. Beverage,Pieter G. van Dokkum,Rachel Bezanson,Gabriel Brammer,Charlie Conroy,Anna de Graaff,Elham Eftekhari,Robert Feldmann,Wout M. Goesaert,Meng Gu,Joel Leja,Brian Lorenz,Pavel E. Mancera Piña,Ignacio Martín-Navarro,Andrew B. Newman,Sedona H. Price,Alice E. Shapley,Piyush Sharda,Katherine A. Suess,Arjen van der Wel & Daniel R. Weisz
Nature Astronomy  Published:18 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-026-02932-4

初期宇宙の銀河には予想以上に多くの低質量星が存在(Hidden stars suggest that distant galaxies are more massive than they appear)

Abstract

James Webb Space Telescope (JWST) observations have revealed that massive galaxies formed and evolved faster than predicted by galaxy formation models, with many having already assembled a large mass in stars approximately 12 billion years ago. However, masses of distant galaxies are uncertain, as they assume a distribution of stellar birth masses (the initial mass function (IMF)) similar to that in the Milky Way. Specifically, the contribution from low-mass stars, which make up the bulk of stellar mass, is not directly observed but inferred on the basis of an extrapolation of the Milky Way IMF. Here, we provide robust constraints on the low-mass IMF beyond the local Universe from full-spectrum models. Using ultra-deep spectra of nine massive quiescent galaxies at redshift z ≈ 0.7 from the JWST Initial Mass Function of Early Red NIRSpec Objects program, extended to bluer wavelengths with deep Very Large Telescope Large Early Galaxy Astrophysics Census spectra, we find that the most massive galaxies have excess low-mass stars. Remarkably, our oldest galaxy (formation redshift, zform > 5) has the most bottom-heavy IMF. This galaxy may be a descendant of JWST’s ‘impossibly early’ galaxies, implying that the latter may have had similarly bottom-heavy IMFs, increasing their masses by a factor of approximately 4 ± 1. Our findings may thus amplify the tension with galaxy formation models.

1701物理及び化学
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