ビッグバンから数億年後の宇宙に誕生する宇宙最初の星・ファーストスター形成時に、従来の数値シミュレーションでは数個から数百個の小質量のファーストスターが同時に誕生することが報告されていました。このシナリオから予言される小質量のファーストスターは現在の宇宙で見つけることができるはずなのですが、その痕跡は未だ観測されておらず、理論的な説明が求められていました。
本研究では、ファーストスター形成過程における磁場の新たな増幅機構を発見し、急増幅された強い磁場の効果によって小質量ファーストスターの形成が抑制されることを明らかにしました。
東京大学 大学院理学系研究科の平野 信吾 特任研究員、九州大学 大学院理学研究院の町田 正博 准教授らの研究グループは、ファーストスターの表層までを取り扱う高精度な磁気流体シミュレーションを行うことで、ファーストスター形成過程における磁気流体効果を検証しました。ファーストスターが誕生する初期宇宙の磁場強度は現在の宇宙と比べて 10 桁以上低く、極めて微弱なのですが、星や星周ガスの回転運動によって 15 桁以上指数関数的に増幅することが初めて分かりました。増幅後の強磁場が星周ガスの回転運動を弱めるため、円盤分裂が抑制され小質量ファーストスターは誕生せず、大質量の巨大なファーストスターは「ひとりっ子」で誕生します。
今回の発見はファーストスター形成における磁気流体効果の重要性を明確にし、形成シナリオの再構築を促すものです。ファーストスターはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の科学目標の一つである宇宙最初の銀河・ファーストギャラクシーの構成要素であるため、今後の宇宙望遠鏡の観測への理論モデルとして役立つことが期待されます。また、大質量ファーストスターは大質量ブラックホールへと進化するため宇宙最初のブラックホール (ファーストブラックホール) 形成を解き明かすヒントとなります。
本研究成果は米国の雑誌「The Astrophysical Journal Letters」に 2022 年 8 月 12 日（金）に掲載されました。(https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac85e0)
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