ブルーベリー銀河（ブルーベリーぎんが、英:Blueberry galaxies、BBs）は小さくて青い見た目をした矮小銀河、スターバースト銀河の一種で、高い電離率と銀河の中でも最小級の恒星質量・金属量が特徴である。 グリーンピース銀河（GPs）の小型版だと考えられているが、グリーンピース銀河と比べると よりコンパクトで、天の川銀河の3000分の1ほどの大きさしかない より近傍宇宙にも分布し、局所宇宙内の低密度環境に存在する より光度が低い といった特徴の違いがある。 ブルーベリー銀河は爆発的な星形成（スターバースト）が起こってから平均して7000万年しか経っていないと推定されている、最も若い星形成銀河のクラスの1つである。現在発見されているブルーベリー銀河のうち2個は、局所宇宙内で最も金属量が欠乏している銀河である。スターバースト銀河のような星形成率の高い銀河は[O III]輝線の強度が強くなる傾向があり、ブルーベリー銀河では[O III]輝線が青色で写るため小さく青い特徴的な見た目になる。
発見 ブルーベリー銀河という名前が最初に論文中で使用されたのは中国科学技術大学のHuan Yangらが2017年にアストロフィジカルジャーナルで発表した、赤方偏移がz=0.05より小さい近傍宇宙にあるグリーンピース銀河の一群としてブルーベリー銀河を紹介する論文であるが、そのグリーンピース銀河を見つけた市民科学プロジェクトであるギャラクシー・ズーではユーザーが既にこのような銀河をブルーベリー銀河と呼んでいた。 Yangらの論文では40個のブルーベリー銀河を特定したが、2022年に中国科学院国家天文台のSiqi Liuらによって発表された論文では、さらに多くのサンプルが望遠鏡によるサーベイの第9期データリリース（DR9）を用いて報告された。 Liuらはこの研究で270個のブルーベリー銀河や多数のグリーンピース銀河の他、後述の「紫色のグリーンピース銀河」「紫ブドウ」と呼ばれる紫がかった明るい矮小銀河を含む、1400個以上のコンパクト銀河を発見している。そして研究者らは、こうした輝線の位置が異なる測光波長帯にあることでカラー画像での色の違いが生じるそれぞれのコンパクト銀河の星形成率、金属量、周辺環境などを体系的に調査した。
この輝線の位置の差による色の違いとは、赤方偏移が0.05未満であるブルーベリー銀河では（[O III]）の波長500.7nmの輝線はgバンド（SDSSのRGBで青チャンネルに相当）に位置するためRGBカラー合成した見た目は青くなるが、グリーンピース銀河では赤方偏移が0.112 < z < 0.36の少し遠方にあるため[O III]輝線がrバンド（SDSSのRGBで緑チャンネルに相当）までシフトしている。 なお両者の中間である0.05 < z < 0.112では、[O III]輝線はgバンド内のままだが元々rバンドにあったの輝線が隣のiバンド（SDSSのRGBで赤チャンネルに相当）にシフトすることで、青と赤の放射が混ざり再び紫色となる「紫ブドウ」銀河になる。 さらにグリーンピース銀河以遠においても、赤方偏移が0.36を超えることで[O III]輝線がさらにrバンドを超えてiバンドまでシフトすると同時に、SDSSのバンド外にあった紫外線の連続光がgバンドまでシフトすることで、青と赤の放射が混ざり再び紫色の「紫ブドウ」銀河になる。
高赤方偏移銀河との比較 ブルーベリー銀河などの様々な色のコンパクト銀河は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が最近遠方宇宙で発見した高赤方偏移銀河やリトル・レッド・ドット（LRD）に類似する天体としても研究されている。
2023年7月に発表された研究では、JWSTアドバンストディープ銀河系外サーベイ（JADES）で得られた、JWSTの分光計がz=5.5-9.5までの遠方の銀河27個を分光観測した結果から様々な輝線を測定し、特定された物質の比率を評価して、そのグループ分けが行われた。ブルーベリー銀河は金属量や質量の低さ、非常に高い電離率などの極端な特性を持つため、グリーンピース銀河とともにこうしたJADESでの銀河に対応する近傍天体として特定された。この研究では、JADESサンプル内の銀河はz~0やz~2の典型的な銀河が存在する領域とは異なる輝線比率を占めているが、それでも全体的にはブルーベリー銀河やグリーンピース銀河といった矮小スターバースト銀河のような低赤方偏移にある極端な性質を持つ銀河と一致していることが分かった。
その後同年10月に発表された研究では、ブルーベリー銀河やグリーンピース銀河についてJWSTが赤方偏移z=8の遠方で観測した11個の銀河のサンプルとの比較がされた。JWSTのNIRSpecだけではなくも使用して、金属量や恒星質量が測定され、その値がブルーベリー銀河のような金属欠乏天体と比較された。この研究ではz=8のサンプルは一般的に強輝線銀河やグリーンピース銀河とは異なるものの、金属量や強い輝線比についてはブルーベリー銀河と似ていることが分かった。そしてブルーベリー銀河とグリーンピース銀河の金属量もz=8の銀河と同じような値であった一方で、恒星質量が近いもの同士で比較するとz=8の銀河はブルーベリー銀河よりもさらに小さな金属量を持つことも分かった。
さらに2025年に発表された研究では、次世代ディープ銀河系外公開探査（NGDEEP）サーベイでJWSTの装置で測定した赤方偏移が1.7 < z < 3.4の178個の星形成銀河について調べられた。この研究ではを用いて電離酸素や水素輝線をもつ銀河が選択された。そしてブルーベリー銀河とグリーンピース銀河は、z~0における比較用の銀河として使用されており、これは高赤方偏移銀河とよく似た特性の強い輝線を持つと認識されているためである。36個のブルーベリー銀河と43個のグリーンピース銀河に加え、SDSSの宇宙起源レガシー分光サーベイ（CLASSY）で取得された、同じような赤方偏移で電離酸素の測定値が存在する45個の銀河も使用された。比較の結果、赤方偏移z~2-3の銀河は同じ恒星質量、星形成率、水素輝線の等価幅同士での比較では、でz~0の銀河たちと同じか低い電離酸素の比率（O32）を示し、z~0における銀河と高い電離率、低い金属量については共通していると分かった。さらにNGDEEPのサンプルはO32と恒星質量について幅広いバリエーションがあり、近傍宇宙とz>5の遠方宇宙を橋渡しする役に立つことも分かった。
その他の研究事例 2024年にはXMM-Newton宇宙望遠鏡による、ブルーベリー銀河をX線で観測した初めての事例について結果が報告され、観測した7個のうち2個からしかX線が検出されなかった。残りの5個についてはX線での光度が低いとされている。その理由の1つとして、ブルーベリー銀河が若すぎるため、銀河のX線の源の1つである通常の恒星と中性子星またはブラックホールの連星系が形成されるほどまだ銀河が進化していないと考えられている。
と呼ばれる巨大なブルーベリー銀河は、PaswanらによってSDSS MaNGAサーベイのデータを用いて詳しく研究された。 MaNGA、GALEX宇宙望遠鏡、スピッツァー宇宙望遠鏡のデータを用いて、年齢の古い円盤状の構造を伴うこのブルーベリー銀河について調べられた。ブルーベリー銀河本体部分と円盤部分の両方が赤方偏移z~0.0472を示しており、偶然視線上に重なった全く異なる位置の天体ではないことが分かっている。調査の結果、古い恒星集団として直接の観測証拠がある中では最も大質量で金属量の豊富な集団であること、星形成の盛んなブルーベリー部分の年齢が50億年に対し恒星円盤部分の年齢が70億年であることが分かった。 さらに、グリーンピース銀河やブルーベリー銀河全般にみられる極端な輝線の特性は、外部からのガスの降着プロセスで誘引された、最近起こった強力なスターバースト現象に起因する可能性が高いとされた。 そして古い恒星が存在することは、こうした局所宇宙内の天体において電離光子が外に漏れるメカニズムが、宇宙の再電離の時代に作用していたメカニズムと異なる可能性を示唆しているとされた。
500メートル球面電波望遠鏡（FAST）では、28個のブルーベリー銀河について、中性水素の21cm線により中性水素を測定するために3年間にわたって観測が行われた。中性水素の量を調べることで、銀河内で中性水素がどれくらい枯渇しているかを推測できる。恒星質量が小さいほど、まだ星形成で使い果たされていない中性水素が残っているため存在量が多くなる。28個のブルーベリー銀河のうち中性水素がまだ十分に残っている銀河は2個だけで、わずかでも検出された銀河も7個にとどまり、これは通常の主系列銀河よりも低い割合である。
2024年にKouroumpatzakisらが報告した論文では、HECATEカタログ（の後継であるHyperLEDAから、太陽系から200Mpc以内の近傍にある銀河を抽出したカタログ）のデータや、パンスターズ・SDSS・広視野赤外線探査機（WISE）からの測光データ、SDSSのMPA-JHUの分光データを使用して、40個の既知のブルーベリー銀河と未発見だった8個のブルーベリー銀河を検出した。48個のうち14個は南半球の空にあったため研究が十分にされていなかった。研究の結果、ブルーベリー銀河は局所宇宙内の矮小銀河で最も活発に星形成を行っている天体群であると分かった。ブルーベリー銀河は質量が小さく、可視光ではより青く、赤外線ではより赤く見える。ブルーベリー銀河は典型的な星形成銀河やグリーンピース銀河よりも、高い比星形成率（質量当たりの星形成率）、輝線の等価幅、低い金属量、そして最も強く電離された星間物質を保持している。
巨大メートル波電波望遠鏡（GMRT）では中性水素電波で、赤方偏移z=0.03259にあるブルーベリー銀河のSDSS J1509+3731について撮像が行われ、水素の枯渇時間が2億年であることが分かった。 これは、同規模の標準的な青色コンパクト銀河よりも高い星形成率を示している。さらにこの電波画像と、ダークエネルギーサーベイのレガシーサーベイ（DECaLS）の画像を組み合わせることで、画像中の光学的な銀河の境界の外側まで中性水素のオフセットがあることが見つかった。こうしたオフセットは、スターバーストを誘引する銀河合体の痕跡であり、ほかの研究結果と組み合わせることで矮小銀河の合体が再電離した光子の漏出において果たす役割、宇宙の再電離における役割があると強調される。
GMRTでは他に、中性水素だけでなくブルーベリー銀河からの電波の連続放射についても観測されている。その結果ブルーベリー銀河の星形成率は通常の銀河より高いとはいえ、その他の可視光輝線銀河と比べると3分の1くらいまで抑制されていることが分かった。その原因として 銀河の年齢が若いこと 宇宙線の電子が銀河スケールで流出によって逃げていくこと などが挙げられている。この観測では2017年に最初にYangらが発見したブルーベリー銀河から特に明るい10個を選び、このうち9個についてはフラックス密度を捉えた後、DECaLSの画像と組み合わせて電波観測された姿が可視光で写る範囲よりどれくらい広がっているかが示された。恒星質量がスターバーストによって十分増えた後、このバーストの開始から3000万年から3.7億年の範囲で中央値が7000万年になるまでの時間を計算すると、シンクロトロン放射の放射は小さいことが分かり、ブルーベリー銀河での星形成はこの放射が支配的な力を持つようになるまでは継続しない可能性があると分かった。そのため電波の連続放射の減少につながるさまざまな区別できないシナリオが存在する。
の2.5m望遠鏡で行われたハバランブレ局所宇宙測光サーベイ（J-PLUS）を用いた研究では、赤方偏移が0.06未満で[OIII]の等価幅が300オングストロームを超え、rバンドで20等級未満の極端輝線銀河（EELG）466個が特定され、そのうち411個はそれまで未知のものだった。 さらにWISEやSDSS、Gaiaの追加データにより、それまで観測されていたよりもはるかに暗い銀河までサンプルが集まり、その中にはブルーベリー銀河も含まれていたため、既知のブルーベリー銀河の存在数の密度が一気に10倍にまで増加した。これらのブルーベリー銀河も、対応する赤方偏移で極端な[OIII]輝線を示すため、2017年に最初にYangらが報告した銀河とよく似た色をしている。さらに観測とモデルの両方から、極めて金属量の少ない銀河に特徴的な色をしている。 これらのEELGの特徴として 低い恒星質量 極めて若い年齢 金属量の低さは中程度 非常に大きな[OIII]輝線の等価幅は、星形成活動が活発な低質量銀河のいずれにも見られる典型的な性質である ということが分かっている。この研究でのサンプルは、2017年のブルーベリー銀河の発見や2009年のグリーンピース銀河の発見で行われた広帯域サーベイを用いた探索よりもはるかに効率的に集められている。そして特定したEELGは高赤方偏移の銀河と類似した特徴を持つため、宇宙の最初期に形成された銀河の特性解明の役に立つとされている。
2023年に発表された、88個のEELGについてスペクトルから化学組成を決定する研究論文では、酸素が支配的なコンパクト銀河のサンプルとして[O III]輝線の等価幅が200オングストロームより大きな銀河のサンプルがSDSSの第7期データリリースから選択された。この研究においては酸素のほかに窒素、硫黄、アルゴン、ネオン、塩素の存在量が決定され、平均の金属量が12 + log(O/H) ≈ 8であることが分かった。 このサンプルには青い銀河が23個、紫色の銀河が29個、緑色の銀河が36個含まれていた。この色の違いは前述のLAMOSTによる研究で示されたものと同じく、強い[OIII]輝線がその銀河の赤方偏移によって、SDSSのカラー画像のどの波長帯に位置するかで変化するものであり、近傍では青、少し離れた赤方偏移0.35未満の位置では緑、それより遠方では赤色が混ざることでの紫色になる。 これらの銀河の12%は極めて金属量が少なく（Extremely Metal Poor :XMP）、約46億年にわたってすべての元素の化学的存在量に進化がないことが明らかになった一方、高赤方偏移の銀河は金属量が小さいという予想もされた。
多くの研究ではグリーンピース銀河やブルーベリー銀河を、宇宙初期のコンパクト銀河の類似物として特定しているが、いくつかの研究では初期宇宙の天体としては存在し得ない古い恒星集団を含んでいるという複数例を提示している。
異なる呼称
研究者によっては青色の低赤方偏移のコンパクトな星形成銀河についてブルーベリー銀河と呼び続けているが、中にはグリーンピース銀河の元の基準を拡張してまとめてグリーンピース銀河として扱ったり、単に両者を混同してブルーベリー銀河をグリーンピース銀河と呼んでいる例もある。 拡張している例として、2019年にJaskotらが発表した、ハッブル宇宙望遠鏡の（COS）を用いて様々な赤方偏移にある青色や緑色の13個の銀河についてスペクトルを取得した論文では、非常に赤方偏移の小さい青色の天体もグリーンピース銀河と呼ばれている。この研究では、宇宙初期の再電離の時代について考証する際重要となるの電離度合いについて調べている。
2017年の発見論文に先立つ2011年にIzotovらが発表した論文では、ブルーベリー銀河と呼ばれるべき銀河もまとめて「明るいコンパクト銀河」として分類され、赤方偏移z~0.02からz~0.63の間に見られる青、紫、緑のコンパクト銀河について同じ種類の天体であると扱っている。
メキシコのコスメルで2016年に行われた学会では、Hidalgo-Gámezらはブルーベリー銀河に似た銀河を「Blue marbles」と呼び、紫色のグリーンピース銀河については「Purple marbles」と呼んでいる。 この発表の中では、一部の研究ではこれらの銀河を同じ種類の銀河として呼んでいるが、注意深く研究するとスケーリング関係を含めた特性に重要な違いがあると主張されている。 Hidalgo-Gámezらは他にこうした銀河をまとめて「色付き銀河」と呼んでいることもある。 紫色のグリーンピース銀河
紫色のグリーンピース銀河（Purple Pea galaxies :PPs）とはグリーンピース銀河とブルーベリー銀河に対応する銀河で、「紫色のブドウ」と呼ばれることも多い。右の画像の15個のPPsは矮小スターバースト銀河から構成されており、ギャラクシー・ズーでのリストから取得されたものである。 他のサンプルと同様にこれらは赤方偏移が0.05 ≤ z < 0.112の間にあり、グリーンピース銀河とブルーベリー銀河の中間の距離に相当する。 他の呼び名として、2017年にHidalgo-Gámezらが発表した論文中での、赤方偏移が平均で0.09の銀河集団についてPurple marblesとの呼び名をつけている。
リトルブルードット ハッブル宇宙望遠鏡のフロンティアフィールドパラレルと呼ばれる領域の画像からは、リトルブルードット（LBD）と名付けられた銀河が発見されている。 ブルーベリー銀河と比べるとリトルブルードットは質量が小さく、比星形成率が高いため、そのすべての恒星が宇宙年齢の1%、1億年以内に形成されたとされている。そのためリトルブルードットはブルーベリー銀河の低質量版であると考えられている。リトルブルードットの発見論文では、距離の違いから異なる色で見える、z~0.73からz~4.09の間の55個のリトルブルードットを同定した。こうした天体は、矮小銀河で形成され現在は渦巻銀河や楕円銀河のハロー内に同化されている、長年研究者が探していた低金属量球状星団の祖先にあたると示唆されている。
関連項目 市民科学 銀河の形成と進化 ギャラクシー・ズーの宝石 不規則銀河 ライマンαの森
脚注
出典
外部リンク "February 2024: Blueberries and Peas" - ブルーベリー銀河についてジョドレルバンク天体物理学センターの研究者が語るポッドキャスト (22分45秒 - 32分43秒) "What are Green Peas? - グリーンピース銀河についての記事