宇宙は太陽と同じ物質でできている?X線天文衛星「ひとみ」の観測で判明

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宇宙航空研究開発機構(JAXA)は11月14日、X線天文衛星「ひとみ」の観測データを解析した結果、地球から2億光年以上離れたペルセウス座銀河団のガスが太陽と同じ物質でできている可能性が高いという研究結果を発表、科学雑誌「ネイチャー」に掲載した。宇宙の成り立ちを解明する手がかりがまたひとつ発見された。

でき方が違えば、物質も違う

宇宙が同じ物質でできていると言われても、そもそもどういうことなのかわかりにくい。

宇宙が誕生したとき、物質は水素とヘリウムしかなかった。その後、宇宙に星が誕生して核反応が始まり、超新星爆発を起こすなどして宇宙には様々な物質が誕生した。太陽も地球も人間の身体も、このような星の爆発で宇宙に飛び散った星のガスが集まってできたものと考えられている。

このような星の爆発にはいろいろなタイプがあり、それによって生まれる物質も異なる。どのように星が生まれ、爆発し、次の星が誕生したかによって、物質の種類が決まるわけだ。

全く違う銀河が、太陽と同じだった

全く違う銀河が同じ物質でできていることを確認した。

我々の太陽は天の川銀河(銀河系)の中の星のひとつだ。天の川銀河のように円盤型の渦巻銀河では新しい星が多く生まれており、太陽も46億歳と比較的若い(宇宙ができてからの138億年に比べれば)。一方、2億光年離れたペルセウス座銀河団は、ボールのような楕円銀河の集合体。こういう場所では新しい星が少なく、比較的高齢の星が多いという。

そのペルセウス座銀河団の物質が太陽と同じであることを発見したのが今回の発表だ。論文の名義は「ひとみコラボレーション」、つまりX線天文衛星「ひとみ」の開発者や研究者一同。責任著者の1人である山口弘悦准教授(メリーランド大学)は現在日本にいないため、もう1人の松下恭子教授(東京理科大学)と、「ひとみ」のプロジェクトサイエンティスト大橋隆哉教授(首都大学東京)が発表した。

金属の比率を「ひとみ」で観測に成功

 

黄色のグラフが過去の観測、白いグラフが「ひとみ」の観測。はるかに細かくなった。

黄色のグラフが過去の観測、白いグラフが「ひとみ」の観測。はるかに細かくなった。

松下教授らが着目したのは「ひとみ」に搭載された「カロリメータ」という装置で観測した、ペルセウス座銀河団のデータだ。これまでの衛星よりはるかに細かく測定できるため、銀河からのX線がどのような物質が発したものかを詳しく知ることができた。その結果、鉄と似た元素であるクロム、マンガン、ニッケルの比率が判明。これが太陽と全く同じであることを発見した。これまでの衛星の観測データでは、この比率は太陽と異なると考えられていたのだが、これは観測精度が低いデータから推測したことによる誤りだったと、松下教授らは考えている。

先に説明した通り、超新星爆発の種類が異なれば、これらの元素の比率が変わる。鉄のような元素は白色矮星(はくしょくわいせい)の超新星爆発で作られるが、爆発には2種類あり、作られる元素の比率が異なる。太陽は天の川銀河のガスから誕生したが、ペルセウス座銀河団も同じ比率のガスでできていることがわかった。天の川銀河のような渦巻銀河も、ペルセウス座銀河団のような楕円銀河の集団も、白色矮星の超新星爆発の種類は同じであることを意味する。

他の銀河も同じか?「ひとみ後継機」に期待

残念ながら「ひとみ」は打ち上げからわずか38日後に機能喪失してしまったため、このような解析ができたのはペルセウス座銀河団だけだ。しかし、天の川銀河と大きく異なるはずのペルセウス座銀河団が同じ物質でできていると判明したことで、宇宙全体の銀河はどれも似たような物質でできているのではないか、という可能性が高まった。

当然、今後は他の銀河の観測と研究を続けて、より多くの銀河が同じであることを確認する必要がある。「ひとみ後継機」は2020年に打ち上げが予定されており、それまでの間も過去の観測データを再チェックするなどして研究を続けるとのことだ。

 

銀河団も太陽も化学組成は同じだった ~高温ガスが語る超新星爆発の歴史~(JAXA)

Image Credit: JAXA/Ken Crawford (Rancho Del Sol Observatory), Hitomi Collaboration 2017

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