Webb、これまでに観測された中で最も遠い高速電波バーストの小さな母銀河を発見

NASA、ESA、CSAの共同ミッションであるJames Webb宇宙望遠鏡を用いる天文学者たちは、FRB 20240304Bを生み出した銀河を特定した。NASA、ESA、W. M. Keck天文台は、このバーストをこれまでに見つかった中で最も遠い高速電波バーストと説明している。三つのプレスリリースによると、シドニー大学のManisha Caleb氏が率いたこの研究は、10月8日に学術誌Scienceに掲載された。2007年に初めて発見された高速電波バーストは、ミリ秒単位しか続かない電波の閃光で、宇宙の遥か彼方から地球に届く。大半は一度だけ観測されて二度と見られることはなく、その原因はいまだ分かっていない。

MeerTRAPチームは2024年3月4日、南アフリカのMeerKAT電波望遠鏡でこのバーストを捉えた。名称はこの日付に由来する。電波データは非常に遠い距離を示唆していたが、それを確かめるにはバーストの発生源となった銀河を見つける必要があった。位置は正確に分かっていたものの、地上の大型望遠鏡ではそこに何も見えなかった。Keck天文台によると、共著者のJ. Xavier Prochaska氏(カリフォルニア大学サンタクルーズ校)が率いるチームは、Keck I望遠鏡のLRIS装置でその場所を1時間撮像したが、銀河は見つからなかった。Prochaska氏によれば、チームは「発生源を見つけたいなら、宇宙に行かなければならない」と結論づけたという。

その後、WebbのNIRCamカメラがバーストの位置に銀河を検出し、NIRSpec分光器がその銀河の赤方偏移を2.148と測定した。これにより、このバーストはビッグバンからわずか30億年後のものとなる。Keckによると、この測定は酸素と窒素が放つ光に基づいていた。これまでに記録された高速電波バーストの多くは、それより数十億年後に発生している。母銀河も特異であることが分かった。こうしたバーストに関連する銀河は通常、質量が大きく星形成を行っているが、この銀河は小さな矮小銀河で、質量はチームの予想より約1,000倍も小さい。ただし、星形成は活発に行われている。この銀河は宇宙の星形成がピークを迎えた時代である「宇宙の正午(コズミック・ヌーン)」の頃に存在しており、その星形成率は、星の大部分がわずか3000万年の間に誕生した可能性があることを示唆している。マンチェスター大学の共著者Ben Stappers氏は「この母銀河は、私たちが持つ銀河サンプル全体の中で際立っている」と述べた。

各リリースによると、この結果はバーストがどのように生じるかをめぐる議論にとって重要だという。一つの説明は、バーストは二つの中性子星の合体によって生じるというものだ。そうした連星は渦を巻くように近づいて合体するまでに数十億年を要すると考えられているため、この方法で生じるバーストは主に、進化した恒星集団を持つ古い銀河で見つかるはずだ。もう一つの説明はマグネターを挙げる。マグネターは、大質量星が超新星として最期を迎えた後に残る、若く強く磁化した中性子星であり、例えば星震(スタークェイク)を通じて、長い待ち時間なしにバーストを放つ可能性がある。その場合、バーストはこの銀河のような若い銀河で見られることになる。ESAとKeckは、今回の発見は若いマグネターが原因である可能性が高いことを示していると述べている。Caleb氏は「私たちの研究は、このFRBが合体によって生じた可能性は非常に低いことを示唆している」と語った。

このバーストは、母銀河と地球の間にある一見何もない空間を探る手段にもなった。Prochaska氏は高速電波バーストを宇宙の懐中電灯にたとえる。その信号は通過したすべてのものの記録を運んでおり、天文学者はそれによって、他の方法では見えない宇宙の網の目構造(コズミック・ウェブ)の物質をたどることができるという。チームはこの信号の中に二つの構造の痕跡を見つけた。地球から約35億光年、赤方偏移0.3の位置にあるこれまで知られていなかった銀河団と、約5400万光年離れた近くのおとめ座銀河団である。今後について研究者たちは、MeerKATが赤方偏移1.0を超える、つまり宇宙の始まりまでの半分以上をさかのぼる距離にあるバーストを年に数件検出し、位置を特定できる可能性があると見積もっている。また、新しい電波観測施設がそのペースを高め、こうした遠方のバーストの母銀河を研究するうえでWebbが不可欠になると予想している。