科学者たちは、赤方偏移4.3の原始星団SPT2349-56において、高温の星団内ガスを直接観測しました。この発見は、銀河団形成に関する既存の理論モデルに異議を唱えるものです。アタカマ大型ミリ波/サブミリ波干渉計（ALMA）を用いて、研究チームは熱的Sunyaev-Zeldovich（SZ）効果を検出しました。これは、宇宙マイクロ波背景放射の光子が星団内媒質（ICM）中の高温電子によって散乱される現象です。Nature誌に掲載されたこの観測結果は、SPT2349-56の中心部に、約10^61エルグの熱エネルギーに相当する大量の高温ガスが存在することを示しています。

この発見は、銀河団の初期段階の形成に関する重要な洞察を提供します。銀河団は、宇宙で最大の重力的に束縛された構造であり、ICMとして知られる大量の高温ガスを含んでおり、これは銀河団のバリオン質量のかなりの部分を占めています。宇宙論的シミュレーションでは、ICMの質量と温度は、ガスがまだ集積され加熱されている過程にあるため、初期の時代ほど減少するはずであることが示唆されています。しかし、これほど初期の時代（z=4.3）に高温のICMが観測されたことは、重要な加熱メカニズムが以前に予想されていたよりもはるかに早くから働いていたことを示唆しています。

「この測定は、重力だけでは生成できない熱エネルギーを約10倍も示唆しています」と研究者たちはNature誌の論文で述べており、SPT2349-56におけるICMの予想外のエネルギー量を強調しています。約120億光年離れた場所にあるこの原始星団は、分子ガスの巨大な貯蔵庫と、約100キロパーセクという比較的小さな領域内に3つの電波銀河核（AGN）も擁しています。これらのAGNは、強力なアウトフローと放射を通じてICMの加熱に寄与している可能性があります。

この発見の鍵となったSunyaev-Zeldovich効果は、銀河団内の高温ガスを検出するための強力なツールです。これは、ICM中の高温電子による宇宙マイクロ波背景放射（CMB）光の逆コンプトン散乱から生じます。この散乱は、CMBスペクトルにわずかな歪みを引き起こし、ALMAのような高感度の電波望遠鏡で検出できます。SZ効果の強さは、ICMの熱圧力に直接関係しており、その温度と密度を測定できます。

この発見の意義は、銀河団の形成と進化を支配するプロセスに関する私たちの理解にまで及びます。高温のICMが初期に存在することは、AGNからのものなどのフィードバックメカニズムが、以前考えられていたよりもガスの加熱においてより重要な役割を果たしている可能性があることを示唆しています。これらのフィードバックプロセスは、銀河団内の星形成を調節し、宇宙における物質の全体的な分布に影響を与える可能性があります。

今後の研究では、他の高赤方偏移原始星団を調査し、ICMの初期加熱が一般的な現象なのか、SPT2349-56に特有のものなのかを判断することに焦点を当てます。ALMAやその他の望遠鏡によるさらなる観測は、これらのシステムにおけるICMの特性を明らかにし、加熱源を特定するのに役立ちます。これらの研究は、宇宙論的シミュレーションに貴重な制約を与え、初期宇宙における重力、ガス力学、フィードバックプロセス間の複雑な相互作用に関する私たちの理解を深めるのに役立ちます。