上圖:此次觀測(cè)結(jié)果的示意圖。 在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的近紅外線觀測(cè)圖像(左)中，可以看到位于中心稍下方的銀河。 這是一個(gè)迄今為止眾所周知的年輕銀河，如右下角的想象圖。 另一方面，在這次利用艾瑪望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)中，在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡什么都看不見(jiàn)的區(qū)域，新發(fā)現(xiàn)了深深埋藏在塵埃中的銀河(右上的想象圖)。 Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO )，NASA/ESA集線器空間電視

(1)迄今為止的研究中明白的事情 過(guò)去20多年來(lái)，世界各地的研究者使用昴望遠(yuǎn)鏡和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡等進(jìn)行了遠(yuǎn)方銀河的探測(cè)。 光線以有限的速度到來(lái)，因此通過(guò)探測(cè)遠(yuǎn)方銀河可以直接捕捉到初期宇宙中銀河的樣子。 并且，這些大規(guī)模探測(cè)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了許多大爆炸10億年以內(nèi)的宇宙初期存在的銀河，關(guān)于銀河在這些時(shí)代是如何形成·進(jìn)化的研究取得了很大進(jìn)展。 在這樣的宇宙初期銀河的大規(guī)模探測(cè)中，觀測(cè)到了銀河中所含的、質(zhì)量為太陽(yáng)數(shù)十倍左右的大型星星放射出的明亮的紫外光。 由于宇宙膨脹，來(lái)自遠(yuǎn)方天體的光的波長(zhǎng)會(huì)延長(zhǎng)，(紅移)宇宙初期的銀河放射出的紫外光在地球觀測(cè)時(shí)會(huì)變成可見(jiàn)光和近紅外線。 但是，這種紫外光有被銀河中含有的塵埃很大程度地吸收散射的性質(zhì)。 由于這種塵埃是通過(guò)銀河內(nèi)部恒星的世代交替而產(chǎn)生的，因此其數(shù)量會(huì)根據(jù)銀河過(guò)去發(fā)生了什么樣的恒星形成活動(dòng)而發(fā)生變化。 在內(nèi)部發(fā)出的紫外光幾乎都被大量的塵埃吸收、散射的銀河中，使用可見(jiàn)光和近紅外線的觀測(cè)無(wú)法發(fā)現(xiàn)。 迄今為止在早期宇宙中發(fā)現(xiàn)的被塵埃淹沒(méi)的銀河，僅限于以銀河的1000倍以上的激烈速度進(jìn)行恒星形成的極其稀少的銀河。 因此，130億年前左右的宇宙中存在的年輕、恒星形成活動(dòng)比較低調(diào)的銀河絕大多數(shù)被塵埃所隱藏，人們認(rèn)為通過(guò)進(jìn)行靈敏度高的可見(jiàn)光和近紅外線的觀測(cè)可以進(jìn)行檢測(cè)。 (2)這次的研究表明 作為國(guó)立天文臺(tái)艾瑪計(jì)劃特聘研究員在早稻田大學(xué)進(jìn)行研究活動(dòng)的札本佳伸，在研究利用艾瑪望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的大規(guī)模探測(cè)計(jì)劃“REBELS”觀測(cè)到的銀河的過(guò)程中，偶然在初期的宇宙中發(fā)現(xiàn)了這樣被塵埃埋沒(méi)的銀河。 REBELS的初衷是用被認(rèn)為存在于130億年左右前的宇宙中的近紅外線觀測(cè)非常明亮的40個(gè)銀河，進(jìn)行來(lái)自塵埃的輻射和碳離子的亮線的探測(cè)。 廣島大學(xué)宇宙科學(xué)中心助教稻見(jiàn)華惠作為REBELS項(xiàng)目的共同代表研究者參與了本項(xiàng)目。 札本在調(diào)查REBELS-12和REBELS-29這兩個(gè)銀河的觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)除了各自原本作為觀測(cè)對(duì)象的銀河之外，從距離那里稍遠(yuǎn)的地方也放射出了非常強(qiáng)烈的來(lái)自塵埃的輻射和碳離子的亮線。 而且令人驚訝的是，在這些偶然發(fā)現(xiàn)的新放射源的地方，用靈敏度很好的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡什么也看不到。 也就是說(shuō)，這些輻射表明，它們來(lái)自幾乎不發(fā)射哈勃太空望遠(yuǎn)鏡等能夠觀測(cè)到的紫外光的、被灰塵淹沒(méi)的銀河。 其中之一，在REBELS-12附近發(fā)現(xiàn)的銀河，是被塵埃淹沒(méi)的銀河中觀測(cè)史上最古老的131億年前的東西(注)。 更令人驚訝的是，這次發(fā)現(xiàn)的銀河，至今沒(méi)有像在塵埃中看到的銀河那樣爆炸性的恒星形成，只有和130億年左右前在宇宙中迄今為止發(fā)現(xiàn)的多數(shù)銀河相同程度的恒星形成活動(dòng)。 也就是說(shuō)，這次發(fā)現(xiàn)的銀河，除了被塵埃淹沒(méi)之外，與迄今為止已知的典型銀河沒(méi)有什么不同。 這表明，即使是進(jìn)行典型的恒星形成活動(dòng)的“普通”銀河，在宇宙的如此初期也會(huì)被塵埃淹沒(méi)而看不見(jiàn)，暗示著多數(shù)銀河是否還未被塵埃發(fā)現(xiàn)。 注:根據(jù)艾瑪望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)，在REBELS-12附近發(fā)現(xiàn)的銀河紅移為7.35。 以此為基礎(chǔ)，用宇宙論參數(shù)( H0=67.3km/s/Mpc，Ωm=0.315，Λ=0.685: Planck 2013 Results )計(jì)算光飛過(guò)的時(shí)間，為131億年。 詳情請(qǐng)參閱“關(guān)于遙遠(yuǎn)天體的距離”。 (3)今后的展開影響 發(fā)現(xiàn)宇宙初期存在著從迄今為止的觀測(cè)中完全找不到的種類的銀河，這是對(duì)迄今為止認(rèn)為的宇宙初期銀河形成理論產(chǎn)生重大影響的發(fā)現(xiàn)。 要更統(tǒng)一地理解這樣的銀河的存在程度、是如何影響銀河整體的進(jìn)化和形成的，還需要進(jìn)一步的觀測(cè)。 我們期待著艾瑪望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)，2021年內(nèi)預(yù)定發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)大規(guī)模銀河的探測(cè)，以及他們對(duì)銀河形成的統(tǒng)一理解的進(jìn)步。

上圖:艾瑪望遠(yuǎn)鏡、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、歐洲南天文臺(tái)VISTA望遠(yuǎn)鏡拍攝的遠(yuǎn)方銀河。 用綠色表示用艾瑪望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的來(lái)自電離碳原子的輻射，用橙色表示來(lái)自塵埃的輻射，用VISTA望遠(yuǎn)鏡哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的近紅外線用藍(lán)色表示。 REBELS-12、REBELS-29均檢測(cè)到了近紅外線和電離碳原子塵的輻射，但REBELS-12-2和REBELS-29-2均沒(méi)有檢測(cè)到近紅外線。 這些是這次用艾瑪望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)時(shí)首次發(fā)現(xiàn)的銀河，被認(rèn)為深深地埋藏在塵埃中。 Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO )，NASA/ESA集線器空間電視，ESO，F(xiàn)udamoto et al。 來(lái)自研究者的評(píng)論

札本先生說(shuō):“在宇宙初期，對(duì)于存在被塵埃淹沒(méi)而未被發(fā)現(xiàn)的隱藏的普通銀河這一意想不到的、偶然的發(fā)現(xiàn)感到驚訝。 我認(rèn)為這次發(fā)現(xiàn)的銀河，因?yàn)槭菑挠钪娴姆浅＊M窄的區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的，所以只是冰山的一角。 研究這樣的隱藏銀河在宇宙初期到底存在了多少將是今后的一大課題。 ”。 另外，稻見(jiàn)還表示:“在這次的發(fā)現(xiàn)中，即使在嘗試解決一個(gè)謎題的時(shí)候也發(fā)現(xiàn)了新的謎題，再次感受到了研究的樂(lè)趣。 要大量生產(chǎn)塵埃，一定程度上需要上了年紀(jì)的星星，但是在大爆炸之后的這個(gè)宇宙的極初期，接下來(lái)我們將解釋什么是以什么為契機(jī)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生塵埃的。 我們不知道的是告訴我們?cè)谶@個(gè)廣闊的宇宙中還有很多的成果。 ”。

論文情報(bào)

雑誌名：Nature
論文名：Normal, Dust-Obscured Galaxies in the Epoch of Reionization
執(zhí)筆者：Y. Fudamoto1,2,3, P. A. Oesch1,4, S. Schouws5, M. Stefanon5, R. Smit6, R. J. Bouwens5, R. A. A. Bowler7, R. Endsley8, V. Gonzalez9,10, H. Inami11, I. Labbe12, D. Stark8, M. Aravena13, L. Barrufet1, E. da Cunha14,15, P. Dayal16, A. Ferrara17, L. Graziani18,20, 27, J. Hodge5, A. Hutter16, Y. Li21,22, I. De Looze23,24, T. Nanayakkara12, A. Pallottini17, D. Riechers25, R. Schneider18,19,26,27, G. Ucci16, P. van der Werf5, C. White8
所屬機(jī)関名：1Department of Astronomy, University of Geneva,2Research Institute for Science and Engineering, Waseda University, 3National Astronomical Observatory of Japan, 4Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, 5Leiden Observatory, Leiden University, 6Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, 7Sub-department of Astrophysics, The Denys Wilkinson Building, University of Oxford, 8Steward Observatory, University of Arizona, 9Departmento de Astronomia, Universidad de Chile, 10Centro de Astrofisica y Tecnologias Afines (CATA), 11Hiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University , 12Centre for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology, 13Nucleo de Astronomia, Facultad de Ingenieria y Ciencias, Universidad Diego Portales, 14International Centre for Radio Astronomy Research, University of Western Australia, 15ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) , 16Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, 17Scuola Normale Superiore, 18Dipartimento di Fisica, Sapienza, Universita di Roma, 19INAF/Osservatorio Astronomico di Roma, 20INAF/Osservatorio Astrofisico di Arcetri, 21Department of Astronomy & Astrophysics, The Pennsylvania State University, 22Institute for Gravitation and the Cosmos, The Pennsylvania State University, 23Sterrenkundig Observatorium, Ghent University, 24Dept. of Physics & Astronomy, University College London, 25Cornell University, 26Sapienza School for Advanced Studies, 27INFN, Roma, Italy
掲載日：オンライン先行版　2021年9月22日（水）16:00（イギリス時(shí)間）
本誌　2021年9月23日（木）（イギリス時(shí)間）
DOI：10.1038/s41586-021-03846-z

研究助成

國(guó)立天文臺(tái) ALMA Scientific Research Grant 2020-16B
日本學(xué)術(shù)振興會(huì)科學(xué)研究費(fèi)補(bǔ)助金 （ JP19K23462 、 JP21H01129）
the Swiss National Science Foundation through the SNSF Professorship grant 190079
TOP grant TOP1.16.057
the Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie
STFC Ernest Rutherford Fellowship (ST/S004831/1 , ST/T003596/1)
European Research Council’s starting grant ERC StG-717001
the NWO’s VIDI grant 016.vidi.189.162
the European Commission’s and University of Groningen’s CO-FUND Rosalind Franklin program
the Amaldi Research Center funded by the MIUR program “Dipartimento di Eccellenza” CUP:B81I18001170001
the National Science Foundation MRI-1626251
FONDECYT grant 1211951
“CONICYT+PCI+INSTITUTO MAX PLANCK DE ASTRONOMIA MPG190030″
“CONICYT+PCI+REDES 190194” 、ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D) CE170100013 (EdC); Australian Research Council Laureate Fellowship FL180100060
the ERC Advanced Grant INTERSTELLAR H2020/740120
the Carl Friedrich von Siemens-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung Research Award
the VIDI research program 639.042.611
JWST/NIRCam contract to the University of Arizona, NAS5-02015
ERC starting grant 851622
the National Science Foundation under grant numbers AST-1614213, AST-1910107
the Alexander von Humboldt Foundation through a Humboldt Research Fellowship for Experienced Researchers