在131亿年前的宇宙中发现了观测史上最古老的“隐藏银河”
在131亿年前的宇宙中发现了观测史上最古老的“隐藏银河”
已知的远方银河( REBELS-12，REBELS-29 )和在离那里稍远的地方发现的埋在灰尘中的银河( REBELS-12-2，REBELS-29-2 )。 用绿色表示用艾玛望远镜观测到的来自碳离子的辐射，用橙色表示来自灰尘的辐射，用哈勃太空望远镜等观测到的近红外线表示。 在已知的远方银河中，近红外线、碳离子以及尘埃的放射都被检测到，与此相对，这次用艾玛望远镜发现的两个银河没有被近红外线检测到。 这些银河被认为深深地埋藏在尘埃中。 ( Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO )，NASA/ESA集线器空间电视，ESO，Fudamoto et al.)原始大小( 297KB )
从利用艾玛望远镜进行大规模探测的观测数据中，发现了多个在约130亿年前的宇宙中深深埋藏在尘埃中的银河。 发现其中一个是作为被尘埃埋没的银河被发现中最古老的。 这次的发现表明，即使在宇宙历史的初期，也有许多银河被灰尘深深地隐藏着，仍未被发现，对于更统一地理解宇宙初期银河的形成和进化是非常重要的。 过去20多年来，利用昴望远镜和哈勃太空望远镜等对远方银河进行了大规模探测。 结果，发现了许多大爆炸10亿年以内的宇宙中存在的银河，关于银河在宇宙初期时代是如何形成·进化的研究取得了很大的进展。 这样的银河中含有的质量是太阳数十倍左右的大型星星，会发出明亮的紫外光，但是紫外光会被银河中含有的尘埃大大吸收散射。 因此，迄今为止在初期的宇宙中发现的被尘埃埋没的银河，仅限于以银河的1000倍以上的激烈程度形成星星那样极其罕见的银河。 以国立天文台、早稻田大学、广岛大学的研究者为中心的国际研究小组，在利用艾玛望远镜进行大规模探测项目“REBELS”观测到的银河的研究中，做出了意想不到的发现。 在距离本来的研究对象银河稍远的地方，发现了多条尘埃发出的电波和碳离子发出的非常强的电波亮线。 然后，令人惊讶的是，用灵敏度良好的哈勃太空望远镜观测到了这个偶然发现的新放射源，却什么也没看到。 也就是说，这些辐射来自几乎不发出哈勃太空望远镜等可以观测到的紫外光的、被灰尘淹没的银河。 这次偶然发现的被尘埃淹没的银河之一，是同样银河中观测史上最古老的131亿年前的东西。 更令人惊讶的是，这些银河的恒星形成活动并不像以前已知的被尘埃淹没的银河中看到的那样爆炸性，只和迄今为止在约130亿年前的宇宙中发现的多数银河差不多。 也就是说，这次发现的银河除了被尘埃埋没之外，与以往已知的典型银河没有什么不同，暗示着多个银河被尘埃埋没至今是否还未被发现。 这个研究是对迄今为止认为的宇宙初期银河形成理论产生重大影响的发现。 要更统一地理解像这次发现的银河在初期宇宙中的存在程度，以及如何影响银河整体的进化和形成，期待着今后进行的更大规模的探测，以及对利用其形成银河的统一理解的进步。 该观测成果将作为Fudamoto et al. “Normal，dust-obscured galaxies in the epoch of re ionization”于2021年9月23日刊登在英国科学杂志《自然》上 。此外，在此之前于9月22日刊登在网上版上。
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在131亿年前的宇宙中发现了观测史上最古老的“隐藏银河”
概要 札本佳伸国立天文台艾玛项目特任研究员早稻田大学理工学术院综合研究所副研究员和稻见华惠广岛大学宇宙科学中心助教等国际研究小组，从艾玛望远镜大规模探测的观测数据中，在约130亿年前的宇宙中被尘埃深深淹没 其中之一是作为被尘埃埋没的银河发现的最古老的银河。 这次发现的银河，很难通过昴望远镜等的观测发现，至今完全不知道在初期的宇宙中到底存在多少。 此次发现表明，即使在宇宙历史的初期，也有许多银河深藏于尘埃中，至今仍未被发现。 同时，这样的星系对更统一地理解宇宙初期银河的形成和演化是重要的发现。 该观测成果将作为Fudamoto et al. “Normal，dust-obscured galaxies in the epoch of re ionization”在英国科学杂志《自然》在线先行公开版上公布，时间为2021年9月22日12日
上图:此次观测结果的示意图。 在哈勃太空望远镜的近红外线观测图像(左)中，可以看到位于中心稍下方的银河。 这是一个迄今为止众所周知的年轻银河，如右下角的想象图。 另一方面，在这次利用艾玛望远镜的观测中，在哈勃太空望远镜什么都看不见的区域，新发现了深深埋藏在尘埃中的银河(右上的想象图)。 Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO )，NASA/ESA集线器空间电视
(1)迄今为止的研究中明白的事情 过去20多年来，世界各地的研究者使用昴望远镜和哈勃太空望远镜等进行了远方银河的探测。 光线以有限的速度到来，因此通过探测远方银河可以直接捕捉到初期宇宙中银河的样子。 并且，这些大规模探测的结果，发现了许多大爆炸10亿年以内的宇宙初期存在的银河，关于银河在这些时代是如何形成·进化的研究取得了很大进展。 在这样的宇宙初期银河的大规模探测中，观测到了银河中所含的、质量为太阳数十倍左右的大型星星放射出的明亮的紫外光。 由于宇宙膨胀，来自远方天体的光的波长会延长，(红移)宇宙初期的银河放射出的紫外光在地球观测时会变成可见光和近红外线。 但是，这种紫外光有被银河中含有的尘埃很大程度地吸收散射的性质。 由于这种尘埃是通过银河内部恒星的世代交替而产生的，因此其数量会根据银河过去发生了什么样的恒星形成活动而发生变化。 在内部发出的紫外光几乎都被大量的尘埃吸收、散射的银河中，使用可见光和近红外线的观测无法发现。 迄今为止在早期宇宙中发现的被尘埃淹没的银河，仅限于以银河的1000倍以上的激烈速度进行恒星形成的极其稀少的银河。 因此，130亿年前左右的宇宙中存在的年轻、恒星形成活动比较低调的银河绝大多数被尘埃所隐藏，人们认为通过进行灵敏度高的可见光和近红外线的观测可以进行检测。 (2)这次的研究表明 作为国立天文台艾玛计划特聘研究员在早稻田大学进行研究活动的札本佳伸，在研究利用艾玛望远镜进行的大规模探测计划“REBELS”观测到的银河的过程中，偶然在初期的宇宙中发现了这样被尘埃埋没的银河。 REBELS的初衷是用被认为存在于130亿年左右前的宇宙中的近红外线观测非常明亮的40个银河，进行来自尘埃的辐射和碳离子的亮线的探测。 广岛大学宇宙科学中心助教稻见华惠作为REBELS项目的共同代表研究者参与了本项目。 札本在调查REBELS-12和REBELS-29这两个银河的观测数据时，发现除了各自原本作为观测对象的银河之外，从距离那里稍远的地方也放射出了非常强烈的来自尘埃的辐射和碳离子的亮线。 而且令人惊讶的是，在这些偶然发现的新放射源的地方，用灵敏度很好的哈勃太空望远镜什么也看不到。 也就是说，这些辐射表明，它们来自几乎不发射哈勃太空望远镜等能够观测到的紫外光的、被灰尘淹没的银河。 其中之一，在REBELS-12附近发现的银河，是被尘埃淹没的银河中观测史上最古老的131亿年前的东西(注)。 更令人惊讶的是，这次发现的银河，至今没有像在尘埃中看到的银河那样爆炸性的恒星形成，只有和130亿年左右前在宇宙中迄今为止发现的多数银河相同程度的恒星形成活动。 也就是说，这次发现的银河，除了被尘埃淹没之外，与迄今为止已知的典型银河没有什么不同。 这表明，即使是进行典型的恒星形成活动的“普通”银河，在宇宙的如此初期也会被尘埃淹没而看不见，暗示着多数银河是否还未被尘埃发现。 注:根据艾玛望远镜的观测，在REBELS-12附近发现的银河红移为7.35。 以此为基础，用宇宙论参数( H0=67.3km/s/Mpc，Ωm=0.315，Λ=0.685: Planck 2013 Results )计算光飞过的时间，为131亿年。 详情请参阅“关于遥远天体的距离”。 (3)今后的展开影响 发现宇宙初期存在着从迄今为止的观测中完全找不到的种类的银河，这是对迄今为止认为的宇宙初期银河形成理论产生重大影响的发现。 要更统一地理解这样的银河的存在程度、是如何影响银河整体的进化和形成的，还需要进一步的观测。 我们期待着艾玛望远镜的探测，2021年内预定发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜对大规模银河的探测，以及他们对银河形成的统一理解的进步。
上图:艾玛望远镜、哈勃太空望远镜、欧洲南天文台VISTA望远镜拍摄的远方银河。 用绿色表示用艾玛望远镜观测到的来自电离碳原子的辐射，用橙色表示来自尘埃的辐射，用VISTA望远镜哈勃太空望远镜观测到的近红外线用蓝色表示。 REBELS-12、REBELS-29均检测到了近红外线和电离碳原子尘的辐射，但REBELS-12-2和REBELS-29-2均没有检测到近红外线。 这些是这次用艾玛望远镜观测时首次发现的银河，被认为深深地埋藏在尘埃中。 Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO )，NASA/ESA集线器空间电视，ESO，Fudamoto et al。 来自研究者的评论
札本先生说:“在宇宙初期，对于存在被尘埃淹没而未被发现的隐藏的普通银河这一意想不到的、偶然的发现感到惊讶。 我认为这次发现的银河，因为是从宇宙的非常狭窄的区域中发现的，所以只是冰山的一角。 研究这样的隐藏银河在宇宙初期到底存在了多少将是今后的一大课题。 ”。 另外，稻见还表示:“在这次的发现中，即使在尝试解决一个谜题的时候也发现了新的谜题，再次感受到了研究的乐趣。 要大量生产尘埃，一定程度上需要上了年纪的星星，但是在大爆炸之后的这个宇宙的极初期，接下来我们将解释什么是以什么为契机在短时间内产生尘埃的。 我们不知道的是告诉我们在这个广阔的宇宙中还有很多的成果。 ”。
論文情報
雑誌名：Nature
論文名：Normal, Dust-Obscured Galaxies in the Epoch of Reionization
執筆者：Y. Fudamoto1,2,3, P. A. Oesch1,4, S. Schouws5, M. Stefanon5, R. Smit6, R. J. Bouwens5, R. A. A. Bowler7, R. Endsley8, V. Gonzalez9,10, H. Inami11, I. Labbe12, D. Stark8, M. Aravena13, L. Barrufet1, E. da Cunha14,15, P. Dayal16, A. Ferrara17, L. Graziani18,20, 27, J. Hodge5, A. Hutter16, Y. Li21,22, I. De Looze23,24, T. Nanayakkara12, A. Pallottini17, D. Riechers25, R. Schneider18,19,26,27, G. Ucci16, P. van der Werf5, C. White8
所属機関名：1Department of Astronomy, University of Geneva,2Research Institute for Science and Engineering, Waseda University, 3National Astronomical Observatory of Japan, 4Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, 5Leiden Observatory, Leiden University, 6Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, 7Sub-department of Astrophysics, The Denys Wilkinson Building, University of Oxford, 8Steward Observatory, University of Arizona, 9Departmento de Astronomia, Universidad de Chile, 10Centro de Astrofisica y Tecnologias Afines (CATA), 11Hiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University , 12Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, 13Nucleo de Astronomia, Facultad de Ingenieria y Ciencias, Universidad Diego Portales, 14International Centre for Radio Astronomy Research, University of Western Australia, 15ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) , 16Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, 17Scuola Normale Superiore, 18Dipartimento di Fisica, Sapienza, Universita di Roma, 19INAF/Osservatorio Astronomico di Roma, 20INAF/Osservatorio Astrofisico di Arcetri, 21Department of Astronomy & Astrophysics, The Pennsylvania State University, 22Institute for Gravitation and the Cosmos, The Pennsylvania State University, 23Sterrenkundig Observatorium, Ghent University, 24Dept. of Physics & Astronomy, University College London, 25Cornell University, 26Sapienza School for Advanced Studies, 27INFN, Roma, Italy
掲載日：オンライン先行版 2021年9月22日（水）16:00（イギリス時間）
本誌 2021年9月23日（木）（イギリス時間）
DOI：10.1038/s41586-021-03846-z
研究助成
国立天文台 ALMA Scientific Research Grant 2020-16B
日本学術振興会科学研究費補助金 （ JP19K23462 、 JP21H01129）
the Swiss National Science Foundation through the SNSF Professorship grant 190079
TOP grant TOP1.16.057
the Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie
STFC Ernest Rutherford Fellowship (ST/S004831/1 , ST/T003596/1)
European Research Council’s starting grant ERC StG-717001
the NWO’s VIDI grant 016.vidi.189.162
the European Commission’s and University of Groningen’s CO-FUND Rosalind Franklin program
the Amaldi Research Center funded by the MIUR program “Dipartimento di Eccellenza” CUP:B81I18001170001
the National Science Foundation MRI-1626251
FONDECYT grant 1211951
“CONICYT+PCI+INSTITUTO MAX PLANCK DE ASTRONOMIA MPG190030″
“CONICYT+PCI+REDES 190194” 、ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) CE170100013 (EdC); Australian Research Council Laureate Fellowship FL180100060
the ERC Advanced Grant INTERSTELLAR H2020/740120
the Carl Friedrich von Siemens-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung Research Award
the VIDI research program 639.042.611
JWST/NIRCam contract to the University of Arizona, NAS5-02015
ERC starting grant 851622
the National Science Foundation under grant numbers AST-1614213, AST-1910107
the Alexander von Humboldt Foundation through a Humboldt Research Fellowship for Experienced Researchers