超新星爆発は宇宙再電離期の初期段階では電離光子の逃出を促進する一方で、その後の段階では妨げてしまった。米国との共同研究に携わるミシガン大学のコディ・カー博士が率いる研究チームが、この複雑な関係を実証する成果を『Nature Astronomy』に発表した。
再電離期（Epoch of Reionization）は、ビッグバン後およそ15万年から10億年の間に始まった宇宙の暗黒時代に終止符を打った決定的な段階だ。当時、中性水素が再び電離され、光は宇宙を自由に移動できるようになった。長年、この劇的な変化は星、銀河、クェーサーといった天体から放出される紫外線によってもたらされたと考えられてきた。だが、超新星爆発がこのプロセスにどの程度貢献したのかについては、これまで明確な答えが得られていなかった。
超新星が切り拓く逃出経路
カー博士は研究の中核について「宇宙が電離光を放出する手段は複雑で、宇宙がどのように透明性を取り戻したのか、その詳細は未解明のままだ」と述べている。一つの理論は、超新星爆発とそれが駆動する恒星風が銀河内のガスに低密度の通路を切り開き、銀河内の中性水素に吸収されるはずだった高エネルギー光子が星間物質外の領域へ逃出しやすくなるというものだ。
研究チームはこの仮説をハッブル宇宙望遠鏡（Hubble）による観測と照らし合わせて検証した。再電離期と類似した環境にある現在の星形成銀河六つを調査対象として選定し、異なる段階の星爆発（starburst）を含む中程度解像度のスペクトル観測を実施。複数のスペクトル線を追跡することで、多様な温度と電離状態を持つ複相銀河風の発生を直接追跡した。
初期と後期で異なる超新星の役割
分析の結果は、超新星が二面的な影響をもたらしたことを示唆している。初期段階では、超新silon爆発に駆動される銀河風が実際に低密度経路を切り拓き、ライマン連続体（Lyman continuum、LyC）と呼ばれる電離光子の逃出を促進していた。研究チームは「放射と恒星風に駆動され、最も大質量星からの初期超新星によって一部支援される体積充填風が、コンパクト星爆発領域から最初の物質を放出する」と記述している。この段階では、低密度の通路形成がダストと中性ガスの量を減らし、電離光子がより容易に星間物質外領域に脱出できる環境を整えていた。
カー博士は「再電離がどのように進化したのか、また何がそれを駆動したのかについて、私たちはまだ完全な答えを持っていない」と指摘する。ミシガン大学天文学部の特任研究員で極端に大きい望遠鏡（Extremely Large Telescope）フェローでもあるカー博士は、かつて中国の浙江大学に所属し、この研究をそこで主導していた。宇宙が今日の透明性を獲得するに至るまで、超新星が果たした役割の詳細は、宇宙論における最後の大規模相転移を理解する鍵となる。
出典: Universe Today
