115億光年かなたに”巨大渦巻”を発見～世界最先端の望遠鏡で見えてきたモンスター銀河の素顔～

2025-03-28 名古屋大学

名古屋大学の梅畑豪紀特任助教らの国際共同研究チームは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡とアルマ望遠鏡を用いた観測により、115億光年彼方の爆発的星形成銀河（モンスター銀河）ADF22.A1が、高速回転する巨大な渦巻銀河であることを発見した。従来、モンスター銀河は大量の塵により内部構造や運動状態の解明が困難であったが、最先端観測によって初期宇宙にも現在の銀河に似た秩序ある回転構造が存在することが明らかになった。さらに、この巨大渦巻構造は、宇宙網（コズミックウェッブ）を通じて供給される大量のガス流入によって、星形成の燃料と高速回転に必要な角運動量を獲得した可能性が示唆された。本成果は、原始銀河団中心部における大質量銀河の形成過程を直接示すものであり、激しい星形成を行うモンスター銀河の正体解明と、銀河進化史の理解を大きく前進させる。

＜関連情報＞

ADF22-WEB: z = 3.1 SSA22原始銀河団コアの巨大な棒渦巻きスターバースト銀河 ADF22-WEB: A giant barred spiral starburst galaxy in the z = 3.1 SSA22 protocluster core

Hideki Umehata,Charles C Steidel,Ian Smail,Mark Swinbank,Erik B Monson,David Rosario,Bret D Lehmer,Kouichiro Nakanishi,Mariko Kubo,Daisuke Iono…
Publications of the Astronomical Society of Japan Published:17 March 2025
DOI:https://doi.org/10.1093/pasj/psaf010

Abstract

In the present-day universe, the most massive galaxies are ellipticals located in the cores of galaxy clusters, harboring the heaviest super-massive black holes (SMBHs). However, the mechanisms that drive the early growth phase and subsequent transformation of the morphology and kinematics of galaxies remain elusive. Here we report (sub)kiloparsec-scale observations of stars, gas, and dust in ADF22.A1, a bright dusty starburst galaxy at z =3.1, hosting a heavily obscured active galactic nucleus and residing in a proto-cluster core. ADF22.A1 is a giant spiral galaxy with the kinematics of a rotating disk with rotation velocity V_rot=530±10km s^-1 and diameter＞30 kpc. The high specific stellar angular momentum of this system, kpc J_*=3400±600kpckm s^-1⁠, requires a mechanism to effectively spin-up ADF22.A1, indicating the importance of accretion from the cosmic web to supply both gas and angular momentum to galaxies in their early gas-rich starburst phase. In its inner region, gas flows along dust lanes in a bar connected with the bright dusty core and the estimated mass ratio of the bulge to the SMBH matches the local relation, suggesting that bars are a key mechanism to shape the early co-evolution of these components. Comparison with cosmological simulations shows that ADF22.A1 will likely evolve into a massive elliptical, experiencing a significant reduction in angular momentum associated with subsequent galaxy mergers.