重金属と宇宙創成

Tiffany Trader

SC13基調講演において、ノーベル賞受賞者 Saul Perlmutter氏は次のように述べた。「今は、宇宙論の分野において、本当に刺激的な時間です。次の段階の高精度なデータを集め、シミュレーションし、分析する準備ができています。既に達成されたことよりもさらに高度なHPCによる計算科学があります。」

彼のぬかりない観察に合わせて、テキサス大学の天文学者は、現在最も強力なスーパーコンピューターのいくつかを使って、注目すべき発見をした。計算機Stampede、Lonestar、既に引退したRangerから導き出された質量のシミュレーションは、初期の宇宙について、ビッグバンから最初の数百万年までの重要な詳細を明らかにしてきた。

シミュレーションは、最初の銀河がどのようにできたかという問題に、光を投げかけた。具体的には、星の揺りかごの中で金属がどのように最初の銀河の星を特徴付けたかについてである。研究主任でオースチンにあるテキサス大学の天文学准教授である Milos Milosavljevic氏は、王立天文学会月報の2014年1月号に研究成果を報告した。

強力な計算ツールは、超新星爆発の現実的なモデルを提供した。そして、銀河中至る所に存在する金属の範囲を説明するのに役立った。「最初の宇宙は水素とヘリウムだけからできていました。しかし、最も最初の星々が金属を生成し、それらの星々が爆発しました。そして、金属が周囲の空間に分散しました。」

放出された金属が暗黒物質のハロ(訳注：銀河を取り囲む球状の領域)に落ち込み、2世代目の星の生成が起きた。しかし、金属は初期の超新星爆発が均一なパターンで分散させなかった。この不完全な混合は、初期の星における金属分布の矛盾を説明できる。いくつかの星は金属に富み、いくつかの星は金属に乏しかった。

もう一つの重要な論点は、より重たい元素が初期の超新星爆発から発生した仕組みである。初期の研究では、超新星爆発が球状に対称であると仮定した。しかし、新しい研究では、超新星からの金属の放出がずっと混沌としていて、破片があらゆる向きに飛んだ。

Milosavljevic氏の主張によれば、この爆発を正確に理解することは、「金属が結局どうなるのかという理解にとってとても重要です。」

天文学においては、時間は距離に換算される。初期の宇宙を見るためには、天文学者がとても遠い宇宙の深淵を見る必要がある。これには、とても強力な望遠鏡が必要である。2018年に打ち上げ予定の James Webb宇宙望遠鏡(JWST)が、初期の銀河の一部分を観察できると期待されている。

JWSTプロジェクトに関連するひとつの重大な問題は、宇宙の特定の狭い領域に注目すべきか、広い範囲を観察すべきかである。 Milosavljevic氏らによる研究が、プロジェクトの戦略立案に役立つだろう。