Chemical evolution of the early universe explored by near-infrared spectroscopy of high-redshift quasars

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宇宙の歴史の中で、星や銀河がいつ、どのようにして生まれたのかを明らかにすることは、現代天文学が抱える最重要課題の一つである。本研究は、宇宙で最も明るい天体のクェーサーを観測対象とし、はるか遠方にあるクェーサーから太古の昔に放たれた光を解析することで、星を生む源であるガスの初期宇宙における化学性質を直接調査し、この課題の解決を目指すことを目的としている。本研究は(1)TAO望遠鏡完成前、(2)TAO望遠鏡完成後の２つのフェイズからなるが、本年度は(1)のフェイズとして、現在知られている最遠方のクェーサーのうちの１天体について、公開データを利用した調査を行った。宇宙年齢わずか７億年の頃に放たれたその光を解析した結果、従来の化学進化モデルが予想するよりはるかに大量の鉄がクェーサーのガス中に含まれていた可能性が高いことが判明した。これは、現在宇宙に金属を供給しているIa型および重力崩壊型の超新星爆発とは異なる金属供給源が初期宇宙には存在していたことを示唆している。そこで理論的に存在が予言されているものの観測的な確認はまだ達成されていない種族IIIの星、すなわち第一世代星に着目し、それが金属供給源であった可能性について検討した。第一世代星が起こす特殊な超新星爆発によって放出される鉄の質量の推定値とクェーサーに含まれるガスの典型的な質量との比較から、280太陽質量程度の第一世代星が対不安定型超新星爆発を過去に起こしていたとすると、クェーサーに含まれる大量の鉄が説明できることが判明した。この結果は査読を経てAstrophysical Journal誌から論文として出版され、間接的ではあるものの第一世代星の存在を示唆する観測結果として大きな反響を得た。