~ 大学院生からのメッセージ~
すばる望遠鏡で探る宇宙再電離の謎
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| 石本 梨花子 |
| 物理学専攻 博士課程1年生 |
| 出身地 東京都 |
| 出身高校 私立女子学院高等学校 |
| 出身学部 東京大学理学部 |
宇宙はどのような歴史をたどり，現在の宇宙・現在の我々をかたちづくっているのだろうか。これは天文学における大きな問いの一つであるが,宇宙の進化には非常に時間がかかるため，たとえばある一つの銀河が生まれて進化していく過程を観察するというようなことはできない。代わりに，宇宙の歴史を探る手段のひとつとして,遠方宇宙の観測が挙げられる。光の速さは有限であるので，遠くの宇宙から届いた光は，過去の宇宙を出発して長い時間をかけて地球に届いたものである。したがって，遠くに存在する天体を観測すれば，現代に生きながら過去の宇宙の様子を調べることができる。
私が研究しているのは今から約130億年前の宇宙再電離期と呼ばれる時代である。宇宙年齢はだいたい138億年と言われているので，宇宙の歴史を考えれば，宇宙が生まれてからそれほど時間のたっていない頃と言えるかもしれない。ビッグバン直後の宇宙は高温で，宇宙空間中のガスは原子核から電子が離れたプラズマ状態にあったが，宇宙が膨張するとともにガスは冷え，電子は原子核の周りに戻り中性の原子となった。その後生まれた星や銀河の光によって再び原子核から電子が離れ，現在のような電離された宇宙ができあがった。これが宇宙再電離で，その時代の宇宙に存在した天体の種類や密度，分布に依存する初期宇宙の一大イベントであるが，詳細な時期や過程はいまだ明らかでない。
これまでの観測的研究から，同じ時代でも場所によって再電離の進み具合が異なることが分かっていた。宇宙は概ね一様であるのに，その違いは何によって引き起こされているのか？有力な原因として，場所ごとに受ける周囲からの紫外線放射の強さ（紫外線輻射場）のゆらぎと銀河間ガスの温度のゆらぎが挙げられており，再電離の進行が極端に早い・遅い場所で銀河の密度を調べることでこの2つのどちらが原因であるか見分けることができると予測されていた（図の赤・青の線）。
そこで私たちはすばる望遠鏡を使って，再電離の進行が極端に早い場所・遅い場所を狙って観測を行った。すばる望遠鏡はハワイのマウナケア山頂にある大きな望遠鏡で，今回の研究では世界最大の視野を誇るハイパー・シュプリーム・カム（Hyper Suprime-Cam）というカメラを用いた。得られた画像に写るその時代の銀河の分布を調べた結果，再電離の進行が遅い場所では銀河が少ないのに対して，進行が早い場所では銀河が多いことがわかった。先行研究での結果に加えて，新たに再電離の進行が早い場所での銀河の密度分布も調べられたことで，再電離の非一様性の原因は紫外線輻射場のゆらぎにあるということが言えるようになった （図）。
望遠鏡で宇宙を観測すれば，何億年も前の宇宙の様子の一端を垣間見ることができる。人類が生まれるよりはるか昔の出来事を探ることができるのは天文学の醍醐味の一つではないかと思う。遠方宇宙の観測はどんどん進んでおり，私たちの住む現在の宇宙がどのように形作られてきたのか，これからも少しずつ分かっていくだろう。
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