天の川銀河の最果てに、有機物とともに生まれた星を発見

【2021年12月3日 アルマ望遠鏡】

天の川銀河のガスや塵の大半は、半径5万～6万5000光年程度の銀河円盤に分布している。太陽系はその円盤の中で中心から約2万6000光年の位置にあるが、中心から約4万4000光年以上離れた領域は外縁部、約6万光年以上離れた領域は最外縁部と呼ばれる。この最外縁部における星形成については研究が進んでおらず、観測を通じて天の川銀河全体について新たな知見をもたらす可能性を秘めたフロンティアと言える。

最外縁部では有機物の材料となる炭素・酸素・窒素などの重元素が太陽系近傍よりも少なく、星形成の主要な舞台となる腕も発達していない。こうした特徴は天の川銀河が形成されて間もないころの環境と共通している。現在の太陽系は有機物が豊富な環境にあるが、太陽系が誕生した46億年前やそれ以前にそうした環境が豊富だったかを知る上で、天の川銀河最外縁部の研究は重要なのだ。

新潟大学の下西隆さんたちの研究チームはアルマ望遠鏡を用いて、天の川銀河の中心から約6万2000光年と遠く離れた最外縁部にあるオリオン座方向の星形成領域「WB89-789」を観測した。その結果、原始星（生まれたての恒星）が見つかり、その周りに水や複雑な有機分子を含む30種類以上の分子が存在することも明らかになった。

銀河最外縁部に発見された原始星とそれを取り巻く有機分子の雲のイラスト（提供：新潟大学）

天の川銀河最外縁部において原始星やそれを取り囲む有機分子の雲が検出されたのは今回が初めてだ。「私たちの住む銀河系には、星･惑星形成や星間物質の研究が及んでいない未知の領域がまだまだたくさんあります。太陽系近傍とは大きく環境の異なる最外縁部のような原始的な領域で、今まさに星が生まれ、そこで化学的に豊かな物質進化が起こっていることは驚きでした。複雑な有機分子が作られる環境は、宇宙史の比較的初期の段階から存在していた可能性があります」（下西さん）。

アルマ望遠鏡により発見された銀河最外縁部の赤ちゃん星の電波スペクトル（上側）と分子輝線分布（下側）の一例。（右下）観測された領域の赤外線2色合成画像（赤が2.16μm、青が1.25μm、2MASSデータベースより）。今回の原始星は緑色の四角で囲まれた領域に位置する（提供：ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)、下西隆/新潟大学）

さらに、今回発見された原始星周囲の複雑な分子の存在比を、天の川銀河の内側にある同様の天体と比較したところ、割合が非常に類似していた。最外縁部のように重元素量が少ない原始的な環境においても、複雑な有機分子が銀河の内側と同じような効率で生成されることを示唆する結果だ。

「銀河系最外縁部のような重元素が少ない環境下でも、複雑な有機分子が効率的に作られることが今回の観測で明らかになりました。宇宙において有機分子がどのように作られるかについては未解明な部分も多いですが、異なる星形成環境における有機分子の観測と理論研究からの予測を比較することで、その謎に迫ることができると考えています」（国立天文台 古家健次さん）