宇宙初期に観測史上最少の酸素量を持つ極小銀河を発見 ―宇宙の化石天体の起源に迫る―

2026-05-14 金沢大学

金沢大学、国立天文台などの国際研究チームは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)と重力レンズ効果を活用し、宇宙誕生約8億年後に存在した極小銀河「LAP1-B」を超高感度観測した。その結果、この銀河の星形成領域に含まれる酸素量が太陽の約240分の1しかないことを確認し、観測史上最少の酸素存在比を更新した。これは銀河が極めて原始的な化学状態にあることを示している。さらに、元素組成や暗黒物質優勢の質量構造解析から、LAP1-Bが現在の天の川銀河周辺に存在する「超低光度矮小銀河(UFD銀河)」の形成初期段階である可能性が示された。UFD銀河は宇宙初期の“化石銀河”と考えられてきたが、その誕生現場を直接観測した例はこれまでなかった。本成果は、宇宙最初の星「初代星」が元素を放出した直後の環境を示す有力証拠であり、銀河形成や元素進化、生命材料起源の理解を大きく前進させる発見と位置付けられる。

宇宙初期に観測史上最少の酸素量を持つ極小銀河を発見 ―宇宙の化石天体の起源に迫る―
図1:巨大銀河団の「重力レンズ」が暴いた極小銀河LAP1-Bの素顔
(背景)JWSTの近赤外線カメラ(NIRCam)が捉えた巨大銀河団MACS J0416。
(拡大図)JWSTの近赤外線分光器(NIRSpec)のデータを基に作成した、LAP1-Bの「速度空間」3色合成画像。この銀河は星の数が少なく極めて暗いため、背景のカメラ画像(NIRCam)ではその姿を確認できませんが、分光観測によって、水素や酸素が放つ微弱な光(輝線)を捉えることに成功しました。拡大図の横軸は、ガスの運動(速度)、縦軸は、空間的な広がりを示しており、異なる元素の分布を可視化しています(青:水素のLyα輝線、緑:酸素の[OIII]輝線、赤:水素のHα輝線)。Lyα輝線は、各元素の分布を見やすくするため、表示上で速度を200 km/sオフセットさせています。 NASA, ESA, CSA & K. Nakajima et al., Nature

<関連情報>

宇宙再電離時代に形成中の、化学的に原始的な超低光度矮小銀河 An ultra-faint, chemically primitive galaxy forming in the reionization era

Kimihiko Nakajima,Masami Ouchi,Yuichi Harikane,Eros Vanzella,Yoshiaki Ono,Yuki Isobe,Moka Nishigaki,Takuji Tsujimoto,Fumitaka Nakamura,Yi Xu,Hiroya Umeda & Yechi Zhang
Nature  Published:13 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-026-10374-1

Abstract

The formation of the first stars and galaxies marked the onset of chemical enrichment, yet direct observations of such primordial systems remain elusive. Here we present James Webb Space Telescope spectroscopic observations of LAP1-B, an ultra-faint galaxy at redshift zspec = 6.625 ± 0.001, corresponding to a cosmic age of 800 million years after the Big Bang. This galaxy is strongly magnified by gravitational lensing. LAP1-B exhibits a gas-phase oxygen abundance of (4.2 ± 1.8) × 10−3 times the solar value, making it the most chemically primitive star-forming galaxy discovered to date. The galaxy displays an exceptionally hard ionizing radiation field, which is inconsistent with chemically enriched stellar populations or accreting black holes but matches theoretical predictions for an exceptionally metal-deficient stellar population1. It also shows an elevated carbon-to-oxygen abundance ratio for its metallicity in the interstellar medium, consistent with nucleosynthetic yields from a stellar population formed in the absence of initial metals2,3,4. The lack of detectable stellar continuum constrains the stellar mass to below 3,300 M, and the dynamical mass, derived from emission-line kinematics, exceeds the combined stellar and gas mass, which indicates a dominant dark matter halo. Our findings establish LAP1-B as a ‘fossil in the making’, a direct high-redshift progenitor of the ancient ultra-faint dwarf galaxies observed in the local Universe and offers a rare window into the earliest stages of galaxy formation.

1701物理及び化学
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