天文学者たちは、宇宙初期の最大級の銀河のいくつかが、こっそりと大量の小さな星をため込んでいたことを発見した。そのため、それらの銀河はこれまで考えられていたよりも最大で4倍も重い可能性がある。まるで、隣人の質素な平屋建ての家が、実は地下に豪邸を隠していたことがわかるようなものだ。

ペンシルベニア州立大学の研究者を含む国際チームは、その発見を『Nature Astronomy』に発表し、最初の銀河がどのように形成され進化したかを解明しようとする科学者たちに、さらなる頭痛の種を加えた。

研究チームは、NASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）を使って、数十億年前に新しい星の生成を停止した9つの巨大で成熟した銀河を調査した。彼らは、JWSTによる遠方宇宙の観測と、以前に地上の超大型望遠鏡（VLT）で取得したデータを組み合わせた。なぜなら、強力な望遠鏡を1台使うよりも、2台使う方がいいからだ。

これにより、彼らは初めて、このような気が遠くなるような距離にある銀河において、小さくて暗い星と、大きくて明るい星の相対的な数を確実に推定することができた。

「これらの銀河は異なります」と、論文の共著者でペンシルベニア州立大学の天文学・天体物理学准教授（Dr. Keiko Miwa Ross Mid-Career Associate Professor）であるジョエル・レジャ氏は言う。「それらは、理解するのが本当に難しいという点で異なっています。なぜなら、それらは我々の予想よりもはるかに重いからです。予想の3倍から4倍もの質量があります。」言い換えれば、宇宙は私たちを驚かせ続けており、それは必ずしも良い方向ばかりではない。

天文学者たちは、各銀河の光をスペクトルに分離し、どのタイプの星が存在するかを示す微妙な色の変化を探した。問題は、大きくて明るい星がスポットライトを独占する一方で、小さな星は恥ずかしがり屋で見つけにくいことだ。ペンシルベニア州立大学の研究者たちは、これらの銀河系からの光をモデル化するための専門知識と指導を提供した。

「銀河を都市に例えるなら、最も明るい星は遠くからでもすぐに目を引く高層ビルでしょう」と、筆頭著者でライデン大学の最近の博士課程修了者であるクロエ・チェン氏は言う。「私たちのモデルは、はるかに数が多い低質量星の集団が、それらの稀な明るい星々の背後に隠れていることを示しています。まるで高層ビルの間に隠れた家々のように。その結果、この銀河は以前の推定よりもはるかに重いことが判明しました。」つまり、基本的に、宇宙は宇宙の郊外で溢れているのだ。

伝統的に、天文学者たちは、宇宙全体で星はほぼ同じ割合で形成されると想定してきたが、これらの発見はその長年の仮定に挑戦するものだ。宇宙初期の最も重い銀河は、天の川のような小さな銀河よりも多くの低質量星で満ちているように見える。

共著者でライデン大学の博士課程候補者であるマルチェ・スロブ氏によると、ある銀河が特に際立っていた。それはビッグバンから15億年も経たないうちに形成されたと考えられ、これまで計算されていたよりも最大で4倍重い可能性がある。

「最近まで、このような測定は単純に不可能でした」とスロブ氏は言う。「非常に遠い銀河を拡大できる望遠鏡だけでなく、例外的な品質のスペクトルと、これらの宇宙の巨人の中に隠されたかすかな低質量星の微妙な兆候を確実に検出するための新しい分析技術が必要でした。」どうやら、宇宙最大の銀河はかくれんぼをするのが好きらしい。

これらの発見は、若い宇宙で銀河がどのように発展したかを理解する上で重要な意味を持つ。JWSTが観測を開始して以来、天文学者たちはビッグバン直後に存在した驚くほど重く成熟した銀河を繰り返し発見しており、既存の銀河形成モデルに圧力をかけている。

「この発見は、初期宇宙の理解にとって極めて重要な意味を持ちます」と、ペンシルベニア州立大学計算・データ科学研究所にも所属するレジャ氏は言う。「JWSTの打ち上げ以来、天文学者たちはビッグバン直後に存在した驚くほど重く成熟した銀河を発見してきました。これらの非常に初期の銀河は、後に研究されるタイプの銀河へと進化すると考えられています。」