最初の星は銀河に何を残した？「MEGATRON」が描く宇宙初期

宇宙で最初の星は、後の銀河にどんな痕跡を残したのでしょうか。シミュレーション計画「MEGATRON」は、天の川銀河ほどの質量を持つ銀河へと成長する領域を、まだ重元素を含まないガスから追跡します。初期に生まれる「種族III（Population III）」の星から、その後の星形成、銀河の成長、元素の拡散までを一つの枠組みで扱うのが特徴です。86

放射・化学反応・銀河の成長を同時に追う

銀河形成の計算では、ガスがどう動くかだけでなく、星からの光が周囲をどう変えるかも重要です。MEGATRONは、ガスの運動とともに、放射がガスを加熱・電離する作用、原始的な分子や後から生まれる金属元素がガスの冷え方に及ぼす影響を組み合わせて計算します。星の誕生や超新星爆発によるフィードバックも扱い、作られた元素が周囲へ広がる過程を追います。813

その結果、宇宙初期の銀河では、現在の近傍銀河と比べてガスが高密度で、金属元素が少なく、放射場が強い傾向が示されました。これは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が捉えた初期銀河のスペクトルをめぐる解釈と整合する条件です。モデルは遠方銀河のスペクトルに見られる多様性も再現しますが、スペクトルが似ていることだけで、どのフィードバック過程が原因かを一つに決めることはできません。813

矮小銀河に残る「鉄の台地」

MEGATRONの初期研究が示したもう一つの手がかりは、非常に小さな矮小銀河における鉄の存在量です。銀河の恒星質量が小さくなるほど鉄が減るのではなく、平均的な鉄の存在量がほぼ一定になる「台地」が生じる可能性が、シミュレーションで示されました。7

鉄の存在量を表す指標の一つが[Fe/H]で、太陽に対する鉄の相対量を示します。研究で扱われた低質量の矮小銀河では、平均値が約−2.5となる平坦な領域が報告されています。13 これは、最初の星々が起こした超新星爆発による元素の供給が、現在の小さな銀河にも痕跡を残した可能性を示すものです。ただし、最初の星や超新星の性質を確定する観測結果ではなく、今後の検証が必要な手がかりです。7

遠方銀河の光と、近くの古い星の化学組成をつなぐ

JWSTは、遠くにある若い銀河から届く光を捉えます。一方、天の川やその周辺に残る古く金属の少ない星は、初期の星形成や元素合成の記録を読み解く材料になります。MEGATRONは、前者にはシミュレーションが予測する銀河のスペクトルを、後者には予測される元素組成を照らし合わせることで、宇宙初期を異なる角度から検証できるようにします。87

初期成果には、高赤方偏移銀河のスペクトル、初期銀河のガスとフィードバック、種族IIIの星が生まれる環境、矮小銀河の鉄の存在量を扱う研究が含まれます。81367 今後、より高い空間分解能の計算が実現すれば、最初の星が生まれるガスをさらに詳しく捉えられるようになります。星の質量や放射、超新星が放出する元素量について異なるモデルを、JWSTのスペクトルと古い星の化学組成の両方と比較して試すことが期待されています。どのモデルが正しいかは、まだこれから確かめられる段階です。81367