新たなシミュレーションで初期宇宙の最初の星と現在も残る宇宙の痕跡を関連付け(New simulations connect the first stars to cosmic fingerprints still visible today)

2026-09-30 バース大学

英国バース大学を中心とする国際研究チームは、初期宇宙における最初の恒星・銀河の形成と、現在の天の川銀河に残る「化学的な化石記録」を結び付ける高解像度宇宙論シミュレーション「MEGATRON」を開発・実行した。シミュレーションでは、ビッグバン直後を模した重元素を含まないガスから、最初の恒星の誕生、放射、超新星爆発、元素の生成・拡散、後続世代の恒星・銀河形成までを追跡。ガスの運動、恒星光の伝播、化学元素濃度を同時に計算することで、従来の簡略モデルでは捉えにくい構造を再現した。JWSTが直接観測する初期銀河と、古代恒星に保存された元素組成を統一的に解釈できる枠組みを提示し、炭素・酸素・鉄など現在の宇宙を構成する元素の起源や初代恒星の形成過程の解明に貢献すると期待される。

新たなシミュレーションで初期宇宙の最初の星と現在も残る宇宙の痕跡を関連付け(New simulations connect the first stars to cosmic fingerprints still visible today)
Simulation of the first galaxies in the Universe. Credit: Harley B. Katz, Martin P. Rey

<関連情報>

メガトロン:最初の星々が最小の矮小銀河に鉄の金属量プラトーを作り出す方法 MEGATRON: how the first stars can create an iron metallicity plateau in the smallest dwarf galaxies

Martin Rey,Harley Katz,Corentin Cadiou,Mahsa Sanati,Oscar Agertz,Jeremy Blaizot,Alex J. Cameron,Nicholas Choustikov,Julien Devriendt,Uliana Hauk,Alexander P. Ji,Gareth C. Jones,Taysun Kimm,Isaac Laseter,Sergio Martin-Alvarez,Kosei Matsumoto,Autumn Pearce,Yves Revaz,Francisco Rodriguez Montero,Joki Rosdahl,Aayush Saxena,Adrianne Slyz,Richard Stiskalek,Anatole Storck,Oscar Veenema,Wonjae Yee
The Open Journal of Astrophysics  Published:September 30, 2026
DOI:https://doi.org/10.33232/001c.169605

Abstract

We study the stellar mass-iron metallicity relation of dwarf galaxies in the new high-resolution MEGATRON cosmological radiation-hydrodynamics simulations. These simulations model galaxy formation up to z≈8 in a region that will collapse into a Milky-Way-like galaxy at z=0, while self-consistently tracking Population III and II (Pop.~III, Pop.~II) star formation, feedback and chemical enrichment. MEGATRON dwarf galaxies are in excellent agreement with the observed stellar mass-metallicity relation at z=0, including an over-abundance of dwarfs along a flat plateau in metallicity (⟨[Fe/H]⟩≈−2.5) at low stellar masses (M⋆≤105M⊙). We tie this feature to the chemical enrichment of dwarf galaxies by Pop.~III pair-instability supernova (PISN) explosions. The strong Lyman-Werner background (LW) from the protogalaxy ensures that PISNe occur in haloes massive enough (≈107M⊙) to retain their ejecta. We also predict a tail of ≈20% of iron-deficient (⟨[Fe/H]⟩≤−3) dwarf galaxies. We show that both plateau and tail (i) are robust to large variations in Pop.~II feedback assumptions, and (ii) survive in bound satellites surrounding the central galaxy at z=0.

1701物理及び化学
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