JWSTとVLTの深宇宙分光が示した、銀河に潜む「見えない質量」

ライデン大学が主導する国際チームは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の近赤外分光器NIRSpecによる超深度スペクトルと、地上の超大型望遠鏡VLTで取得されたLEGA-Cサーベイの深い可視光スペクトルを組み合わせ、赤方偏移 (z) 約0.7にある巨大な静止銀河9個を調べた。

ここでいう「静止銀河」とは、すでに新しい星をほとんど生み出していない銀河を指す。研究チームが焦点を当てたのは、銀河の恒星初期質量関数（IMF）――星が生まれるとき、質量の異なる星がどのような割合で作られるかを示す分布――だった。

JWSTとVLTをどう組み合わせたのか

JWST/NIRSpecは、通常なら観測が難しい、低質量の矮星が発するかすかな光に感度を持つ近赤外スペクトルを捉えた。一方、VLTのLEGA-Cデータは、より青い可視光側の情報を補った。

この広い波長範囲を利用することで、研究チームは次の情報を切り分けた。

• 近赤外に現れる、低質量星の存在に敏感な吸収線
• 可視光に現れる、恒星集団の年齢や金属量、元素組成を示す特徴

つまり、銀河の年齢や化学組成の影響と、低質量星の数がもたらす影響を区別しながら、天の川銀河と同じIMFを最初から仮定せずに測定したことになる。

9個すべてで「低質量星が多い」結果に

分析の結果、9個の銀河はいずれも、天の川銀河のIMFと比べて低質量星が多い、いわゆる「ボトムヘビー（低質量側に偏った）」IMFを持つことが分かった。

低質量星は1個あたりの明るさが小さいため、銀河全体の光にはあまり目立って現れない。しかし寿命が長く、数が多ければ恒星質量には大きく寄与する。そのため、天の川銀河型のIMFを使って光から質量を推定すると、銀河の総恒星質量を過小評価してしまう可能性がある。

特に、サンプル中で最も古い2つの銀河では、今回測定したボトムヘビーなIMFを適用すると、推定される恒星質量が従来の値の3～4倍に増えた。これら2つは、JWSTが見つけた「想像以上に早く成熟した」銀河の直接的な後継と考えられている。