宇宙航空研究開発機構（JAXA）は、オーロラ・シミオネスク研究員が率いる研究チームが、X線天文衛星「すざく」による、おとめ座銀河団広域観測で、銀河団の内側から外縁部にわたって元素組成が一定で、太陽系周辺の組成とほぼ同じであることを解明したと発表した。
現在の宇宙には、様々な元素があるが、炭素よりも重い元素はすべて、星の内部の核融合反応によって生成され、星が死を迎えるときに宇宙空間にばらまかれる。様々な元素は、超新星爆発の際、多く宇宙空間に散らばることになる。
超新星爆発には、非常に重い星の死であるII型超新星爆発と、比較的軽い星の死であるIa型超新星の2つがある。太陽の10倍以上の質量をもつ星は、II型超新星爆発を起こし、酸素やマグネシウムといった比較的軽い元素を多く生成する。Ia型超新星爆発では、鉄やニッケルのように重い元素が多く生成される。
これらのことから、超新星のタイプによって生成される元素に特徴があることを利用、様々な元素量を測り、比較することで、どのタイプの超新星爆発が、どのくらい起こったのかを推定できる。
研究チームは、現在の宇宙の平均的な元素組成を明らかにするため、銀河団の高温ガスの元素組成を調べた。宇宙に存在する「普通の」物質のほとんどは、非常に熱いガスの状態にあり、数百以上の銀河が集まった銀河団に付随する。この熱いガスはX線で明るく輝く。このため、宇宙の平均的な元素組成を知るためには、X線で銀河団のガスを観測すれば明らかになる。
ただ、X線で正確に元素組成を測ることができるのは、銀河間ガスが非常に濃い領域、銀河団全体のうち、中心の数千分の一というわずかな領域に限られる。
研究チームは、JAXAが打上げたX線天文衛星「すざく」で数週間にもわたって観測、銀河団ガスの元素組成を測定することに取り組んだ。今回、ペルセウス座銀河団の観測で、広い領域にわたって銀河団ガスに含まれる鉄の量を測定することに成功した。ただ、鉄の組成量だけでは、どのタイプの超新星爆発が、どのくらい、現在の宇宙の元素組成に寄与したのかを知ることができない。
これを明らかにするため、II型超新星から多く放出される比較的軽い元素の量とIa型超新星から多く放出される重い元素の量を測定し、比較することが必要だった。研究チームは、おとめ座銀河団を観測対象に選び、「すざく」によって2週間観測した。
さらに、「すざく」によって取得したデータを解析し、鉄だけでなく、マグネシウム、ケイ素、硫黄の元素量をおとめ座銀河団の外縁まで測定することに成功した。
今回明らかになった鉄とケイ素、硫黄の元素組成比は、ほぼ太陽や銀河系にあるほとんどの星の組成比と同じで、この傾向はおとめ座銀河団全体に当てはまることが明らかになった。
今回の研究から、おとめ座銀河団では、マグネシウムやケイ素、硫黄も銀河団の外側までほぼ同じであることが明らかになった。このことから、銀河団内では元素がよく混ざっていて一様になっていることがわかるとしている。
