誕生直後の銀河は予想以上に粒々だった〜「宇宙ぶどう」が破った銀河誕生の常識〜

2025-08-07 東京大学

東京大学などの国際研究チームは、ビッグバンから約9億年後の暗く若い回転銀河が、少なくとも15個以上のコンパクトな星団で構成された「ぶどうの房」のような粒状構造を持つことを、JWSTとアルマ望遠鏡、重力レンズ効果を組み合わせた高解像度観測で初めて確認しました。この銀河は質量・サイズ・化学組成などが同時代の一般的銀河と一致しており、同様の構造が他の銀河にも広く存在する可能性が示唆されます。従来の観測やシミュレーションでは予測されなかった構造であり、初期銀河形成・進化モデルの見直しを迫る結果です。観測解像度は約10パーセク(約30光年)に達し、回転運動するガス円盤内で多数の星団が共存する様子が詳細に描き出されました。この発見は、初期銀河におけるエネルギー供給過程や構造形成の理解を刷新し、将来の大型望遠鏡観測による追究が期待されています。

誕生直後の銀河は予想以上に粒々だった〜「宇宙ぶどう」が破った銀河誕生の常識〜JWSTによって撮像された、強い重力レンズ効果を引き起こしている銀河団「RXCJ0600-2007」の近赤外線画像。かつてない高解像度の観測により、15個以上のコンパクトな星団が集まり、「ぶどうの房」のような粒状の構造をなす、宇宙初期の銀河の姿が初めて明らかになりました。(左上拡大図)。(Image credit: NASA/ESA/CSA/Fujimoto et al.)

<関連情報>

宇宙の夜明けの時代に存在した、少なくとも15の密な星形成塊からなる原始的な回転円盤 Primordial rotating disk composed of at least 15 dense star-forming clumps at cosmic dawn

S. Fujimoto,M. Ouchi,K. Kohno,F. Valentino,C. Giménez-Arteaga,G. B. Brammer,L. J. Furtak,M. Kohandel,M. Oguri,A. Pallottini,J. Richard,A. Zitrin,F. E. Bauer,M. Boylan-Kolchin,M. Dessauges-Zavadsky,E. Egami,S. L. Finkelstein,Z. Ma,I. Smail,D. Watson,T. A. Hutchison,J. R. Rigby,B. D. Welch,Y. Ao,… H. Yajima
Nature Astronomy  Published:07 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41550-025-02592-w

Abstract

Early galaxies form through dark matter and gas assembly, evolving into dynamically hot, chaotic structures driven by mergers and feedback. By contrast, remarkably smooth, rotating disks are observed in massive galaxies only 1.4 billion years after the Big Bang, implying rapid dynamical evolution. Probing this evolution mechanism necessitates studies of young galaxies, yet efforts have been hindered by observational limitations in both sensitivity and spatial resolution. Here we report high-resolution observations of a strongly lensed, quintuply imaged, low-luminosity young galaxy at redshift z = 6.072, just 930 million years after the Big Bang. Magnified by gravitational lensing, the galaxy resolves into at least 15 star-forming clumps (effective radii ~10–60 pc), dominating ~70% of the galaxy’s ultraviolet flux. Cool gas emission reveals an underlying rotating disk (rotational-to-random motion ratio 3.58 ± 0.74) in a gravitationally unstable state (Toomre Q ≈ 0.2–0.3) with high surface gas densities comparable to local starbursts (~103−5M pc−2). These properties suggest that disk instabilities with weak feedback drive prolific clump formation. The extreme clumpiness surpasses galaxies at later epochs and current simulation predictions. Our findings directly connect small-scale internal structures, underlying disk dynamics along with feedback effects at cosmic dawn, potentially explaining the abundance of luminous galaxies observed in the early Universe.

1701物理及び化学
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