最初の星はどのように誕生したのか
宇宙誕生からおよそ３８万年後、宇宙を飛び交う光と電子や原子との衝突が なくなり宇宙が晴れあがったときには、まだ星や銀河といった光輝く天体は どこにも存在しません。水素とヘリウムという最も単純な元素がまじった薄い ガスが漂っているだけでした。そして文字通り暗黒の宇宙だったのです。 そこからどうやって光輝く星が生れたのか、私たちはその謎をスーパーコンピューター シミュレーションで解明しようとしています。
宇宙初期のインフレーションによって生成されたほんのわずかな物質分布 の揺らぎが、その後膨張を続ける宇宙の中で成長し、天体形成へと至る過程を 研究しています。暗黒物質に働く重力、銀河間ガスに起こる化学反応や輻射輸送 など全ての基礎的な物理過程を取り入れた大規模数値計算によって「初期宇宙の実験」 を行なっています。 最新の結果からは、宇宙がおよそ３億歳のころには最初の星が誕生したのだろうと 分かってきました。 下の図はその頃のガスの分布をあらわしています。 一辺がおよそ１０万光年という、宇宙全体からみればとても 小さな領域です。網目のような構造の 節にあたるところ（図で中央やや下の黄色い部分）では分子ガス雲 という、「星のゆりかご」がすでにできあがっています。
巨大な星から放たれる最初の光
最初の星が誕生したとき、暗黒の宇宙に光が放たれます。 光りかがやく宇宙がはじまるのです。 最新の理論とコンピューターシミュレーションの成果によれば、 宇宙で最初の星たちは非常に大きく、太陽の40倍程度 だったと考えられています。星はその強烈な光によって自らの成長を止めるらしいのです。
NASA ジェット推進研究所 細川隆史さん作成
それほど大きな星は表面がとても熱く、温度はおよそ１０万度 ちかくにもなります。熱い星の表面からはエネルギーの 高い光、紫外線が放出され、まわりの水素やヘリウム原子から 電子をたたき出します。たたき出された電子はあたりを飛び交い、 衝突を繰り返してまわりの原子にエネルギーを与えます。 こうして、最初の星は宇宙を照し出すだけではなく、 冷えきった宇宙空間をふたたび暖めるのです。
下の図は、中心付近で生れた最初の星から光が放たれ、 周辺を暖めていく様子をあらわしています。
最初の大爆発
質量が太陽の何十倍もある大質量星はその一生の最後に大爆発をおこします。 超新星爆発です。膨大なエネルギーを解放し、星の中でつくった重元素 をあたりに撤きちらします。「宇宙の重元素汚染」などともいいますが、 これが無ければ宇宙は単純な元素に満されているままで、 そこから太陽や地球、そして私たち自身も生れることはなかったのです。
図の中の赤いつぶつぶは、鉄や炭素、ケイ素を含んだ ガスです。これらが爆発により毎秒およそ１００キロメートル から１０００キロメートルの速さで吹き飛ばされています。 このような超新星爆発が宇宙のあちこちで起こり、 次の世代の星や惑星誕生に必要な材料を作り出したと考えられています。
研究プロジェクトについて
研究代表者 吉田直紀
研究期間 平成２０年度-平成２４年度
関連研究
科学研究費補助金 若手研究（A） 「大規模数値計算による初期宇宙での構造形成と銀河間物質の再電離過程」平成１７年度-平成１９年度
平成１８年度 三菱財団自然科学研究助成 「高赤方偏移宇宙での銀河と銀河間物質の進化、および大域的 分布の理論的研究」
研究会ウェブページ：電子集録
2008年９月 初代星・銀河形成研究会 in 神戸
2009年12月 IPMU Focus Week on the Epoch of Reionization
2010年3月 The First Stars and Galaxies: Challenges for the Next Decade
2010年3月 初代星・銀河形成研究会 in 長崎
2010年10月 初代星・ダークマター ワークショップ in 札幌
2010年11月 Workshop on Population III Gamma-Ray Bursts
2011年1月 初代星・銀河形成研究会 in 愛媛
2011年12月 初代星・銀河形成研究会 in 福岡
2011年5月 First Stars IV, Kyoto
NATUREのレビュー記事アニュアルレビュー誌のレビュー記事
報道発表等
2011年11月 「ファーストスターは太陽の40倍の重さ」
日本語メインページ (細川隆史さん作成）
IPMUニュース
サイエンス誌記事
NASA報道発表
CBS ニュース
日経サイエンス記事
2008年8月 「ファーストスター誕生」
日本語メインページ
New York Timesの記事
Wall Street Journalの記事
National Geographicの記事
三菱電機DSPACEコラム
竹内薫の科学時事放談
東進タイムズ 2010年10月 （高校生向け）
2008年 科研費ニュース
お楽しみリンクなどファーストスターヘルスケア
ガールズユニット Super Pants が歌う"First Star"
解説 東京大学大学院理学系研究科 物理学専攻 / カブリ数物連携宇宙研究機構 吉田直紀