最遠方の原始超銀河団「COSMOS-z3.1-A」発見　天の川銀河の約5,000倍

国際研究チームは、COSMOS-z3.1-Aが、これまでに確認された中で最も遠方にある**銀河超銀河団の祖先（原始超銀河団）**だと突き止めました。観測されている姿は、宇宙が約21億歳だった赤方偏移3.1の時代のものです。現在のように完成した巨大銀河団ではなく、後に「銀河団の集合体」へ育つ大規模構造の形成途中を直接見ていることになります。15

天の川銀河の約5,000倍、将来はかみのけ座銀河団を超える可能性

COSMOS-z3.1-Aの推定質量は、天の川銀河のおよそ5,000倍です。密度分布からの子孫構造の質量推定とシミュレーションは、これが現在の宇宙まで進化すれば、近傍宇宙でも最大級として知られる**かみのけ座銀河団（Coma Cluster）**を上回る巨大な銀河団システムになる可能性を示します。2510

ただし、これは未来の質量を直接測った値ではありません。初期宇宙での密度分布と成長モデルを用いた推定であり、モデルへの依存性がある点には注意が必要です。2510

一枚岩ではなく、複数の「核」とフィラメントでできている

COSMOS-z3.1-Aは、重力的に落ち着いた球状の一つの銀河団ではありません。およそ90×70×60共動メガパーセクに広がる範囲で、塊状の複数の高密度な原始銀河団核が分布し、それらへ細長いフィラメント状の構造がつながっています。1

フィラメントは、銀河や暗黒物質を巨大構造へ運び込む「宇宙の網目構造」の糸に当たります。COSMOS-z3.1-Aは、その交点に位置する非常に極端な過密領域にあり、この時代にこれほど大きな構造が見つかること自体がまれです。1

どうやって3次元構造を見つけたのか

研究チームはODINサーベイで、主にDECamの狭帯域撮像を利用し、特定の赤方偏移にあるライマンα放射銀河が集中する領域を探しました。続いてDESIによる広域分光データ、Gemini SouthのGMOSとKeck IIのDEIMOSによる追観測で各銀河の赤方偏移を確定し、空の平面上の「密集」にすぎなかった候補を、奥行きを含む3次元構造として地図化しました。1

この3次元マップにより、密集した核どうしを結ぶフィラメントも追跡できました。1

「小さな構造から大きな構造へ」という宇宙像を支持

標準的な宇宙論では、まず小さな暗黒物質ハローや銀河群が生まれ、それらが合体し、フィラメントに沿って物質を取り込みながら銀河団や超銀河団へ成長すると考えられています。これは階層的形成、あるいは「ボトムアップ」の成長像です。

COSMOS-z3.1-Aは、複数の独立した原始銀河団がフィラメント網に埋め込まれ、そこから物質供給を受けている段階を示しています。完成済みの単一構造ではないという点が、まさにこの成長像と整合します。110

JWSTが示した「初期銀河はもっと重いかもしれない」という結果とは別の問題

JWSTを用いた別の研究では、初期宇宙の一部の大質量銀河に、予想より多くの暗い低質量星が含まれる可能性が示されました。もし広く確認されれば、こうした銀河の恒星質量は従来推定の約3〜4倍になり得ます。4913

COSMOS-z3.1-Aは、フィラメントから絶えず物質が流れ込む高密度環境が、銀河の急速な組み立てを後押しし得ることを示す重要な手がかりです。しかし、それだけでJWSTの問題――個々の銀河でなぜ低質量星の割合や星形成効率がそのようになるのか――を解決するわけではありません。巨大な暗黒物質環境の形成と、銀河内部の恒星集団の詳細は、区別して考える必要があります。

次の観測へ

ベラ・C・ルービン天文台のLSSTは、深く広い多バンドの反復撮像によって、高赤方偏移の過密領域候補を大幅に増やす見込みです。原始銀河団と周辺環境をより系統的に探すことが可能になります。一方で、正確な3次元位置や形成史を確定するには、今後も分光観測が不可欠です。ルービン天文台はLSSTの運用を開始しています。13