原始宇宙の中性水素ガスの兆候を発見 宇宙誕生後10億年の時代のガンマ線バーストから
© 戸谷友則
宇宙誕生後10億年の時代に発生したガンマ線バーストの可視光残光のスペクトル。8400-8500Å（オングストローム、0.1ナノメートル）付近の「減衰翼」と呼ばれる形状の精密解析から、このガンマ線バースト周囲の中性水素の量を精密に測ることに成功しました。
宇宙に存在する元素の主成分は水素です。宇宙が約140億年前に誕生したとき、水素原子は原子核と電子がバラバラの電離状態にありました。その後、宇宙誕生後約40万年の時代に、温度低下により原子核と電子が結合して電気的に中性な原子になったことがわかっています。しかし、現在の宇宙の水素は再び電離状態にあり、宇宙誕生後約10億年の頃に、初代の銀河や星の形成に伴い水素ガスが電離された（宇宙再電離）と考えられていますが、詳しいことはまだよくわかっていません。特に、再電離が起こる前に存在したはずの中性水素ガスを検出するために遠方宇宙の観測が精力的に行われていますが、まだ決定的な証拠は得られていません。
今回、東京大学大学院理学系研究科の戸谷友則教授と国立天文台や東京工業大学などの研究者からなる研究チームは、宇宙誕生後10億年の時代に発生した、ガンマ線バースト（ガンマ線で数秒から数十秒の間、突然明るく輝く突発的な天体現象）と呼ばれる大質量星の爆発現象をすばる望遠鏡で詳細に解析し、中性原子の割合が高い水素ガスによってガンマ線バーストの光が吸収されている兆候を初めてとらえました。今回見つかった兆候は、これまでで最も不定性が少なく、直接的な方法で得られたものです。
本成果は、人類による遠方宇宙の観測が、再電離よりさらに昔の時代に踏み込みつつあることを示唆するものです。
論文情報
Totani, Tomonori; Aoki, Kentaro; Hattori, Takashi; Kosugi, George; Niino, Yuu; Hashimoto, Tetsuya; Kawai, Nobuyuki; Ohta, Kouji; Sakamoto, Takanori; Yamada, Toru,
“Probing Intergalactic Neutral Hydrogen by the Lyman Alpha Red Damping Wing of Gamma-Ray Burst 130606A Afterglow Spectrum at z = 5.913”,
Publications of Astronomical Society of Japan,
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