酸素が明らかに少ないことが分かった、131億～133億年前の銀河たち（米航空宇宙局＝NASA、欧州宇宙機関、カナダ宇宙庁、中島王彦氏など提供）

　宇宙誕生後まだ5億～7億年しか経っていない時代の銀河で、酸素が急増していたことが、昨年観測を始めた「ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡」の赤外線データから分かった。東京大学、国立天文台などの研究グループが発表した。宇宙初期に酸素が急増した様子を初めて捉えた。生命に不可欠な元素とされる酸素が、宇宙史の中で生まれた経緯をひも解く重要な手がかりになりそうだ。

　宇宙は138億年前に大爆発「ビッグバン」で始まった。その直後には水素、ヘリウムなどの軽い元素しかなかった。その後、酸素や窒素、ケイ素、金属のような比較的重い元素が、恒星の核融合反応などを経て合成され、質量の大きい恒星が終末に起こす「超新星爆発」などで銀河内に散らばったと考えられている。

ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡の想像図（NASA提供）

　光は到達するのに時間がかかるため、例えば人類が100億光年離れた天体を観測することは、その天体の100億年前の姿を見ることになる。過去の宇宙に酸素が存在したかどうかも、遠くの銀河のガスを光で観測して調べる。これまでに、宇宙誕生後約20億年の時点で酸素が豊富にあったことが分かっている。さらにさかのぼって酸素の起源に迫るには、赤外線を精度よく捉える必要がある。宇宙が膨張を続けているので、光は長く飛び続けるうちに波長が伸び、可視光から赤外線に変わるためだ。米欧とカナダが、130億光年以上先まで赤外線観測ができる同望遠鏡を開発し、2021年末に打ち上げた。

　研究グループは、同望遠鏡の公開された観測データから、従来は捉えられなかった122億～133億年前の銀河を138個見つけ、酸素の量の把握に挑んだ。解析法を独自に開発し、データの質を向上させることに成功した。

縦軸が現在を基準（1）とした、銀河の酸素の存在比（水素に対する比率）。横軸が時間で、右に行くほど過去。黒い印が過去の研究成果、赤い星印が今回。宇宙誕生後5億～7億年には半分程度と少ないことが分かった（中島王彦氏ら提供）

　その結果、今から131億年前までの銀河には、質量などに応じ、今と変わらない水準の量の酸素があったことが分かった。一方、131億～133億年前で見つかった7つ全ての銀河では、酸素は今の半分ほどの水準しかなかった。この時代、つまり宇宙誕生後5億～7億年の銀河では、酸素が急増する過程にあったことを突き止めた。