新しいジェームズ・ウェッブ望遠鏡の写真で輝く 45,000 個の銀河

「天文学における最も基本的な疑問の一つは、最初の星や銀河はどのように形成されたのかということです。」 NASAは書いている。 ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は宇宙に留まってまだ日が浅いですが、すでにこの記念碑的な問いに対して重要な洞察を提供しています。

ウェッブの最も重要な科学プログラムの 1 つである JWST 先端銀河系外探査 (JADES) の一環として撮影された新しい画像は、見た目に美しいだけでなく、宇宙の歴史、特に初期の時代の理解に取り組む科学者にとって非常に重要です。

JADES の一環として、ウェッブは貴重な望遠鏡の時間を 1 か月強を費やして、非常に暗い遠方の銀河を捕捉して分析します。 観測の一部はすでに行われており、これらの初期の画像からデータが収集され続けています。

「データはまだ入ってきていますが、JADESはすでに、宇宙が誕生して6億年未満だった頃に存在していた数百の銀河を発見しています。チームはまた、多数の若い熱い星で輝く銀河も特定しました」とNASAは説明する。

このエリア、GOODS-South はハッブル宇宙望遠鏡によっても撮影されており、ウェッブがどれほど詳細に提供しているかを理解するのに役立ちます。

「JADES を使って、私たちは多くの質問に答えたいと考えています。たとえば、最初の銀河はどのようにして集まったのか? 星はどれくらいの速さで形成されたのか? なぜ一部の銀河は星を形成しなくなるのか?」 JADESプログラムの共同リーダーであるアリゾナ大学ツーソン校のマルシア・リーケ氏は言う。

テキサス大学オースティン校のライアン・エンズリー氏は、ビッグバンからわずか5億年から8億5,000万年後に存在した銀河の調査を主導した。 再電離の時代として知られるこの期間は、依然として非常に謎に満ちています。

NASAは再電離について次のように説明している、「ビッグバン後何億年もの間、宇宙はガス状の霧で満たされており、そのため高エネルギーの光が通らなくなっていた。ビッグバンから10億年後までに霧は晴れ、宇宙は存在した」透明になりました、これは再イオン化として知られるプロセスです。」

一部の科学者は、超大質量ブラックホールがその名を冠した再電離を引き起こしたと信じており、また他の科学者は、非常に高温で燃える若い星で満たされた銀河が再電離の背後にある推進力であると信じています。

JADES の一環として、エンズリーと彼の同僚は、ウェッブの近赤外線分光器 (NIRSpec) 装置を使用して、これらの非常に重要な遠方の古い銀河を研究してきました。 研究チームは星形成の証拠を見つけたいと考え、それが実際に形成されたことを確認した。

「私たちが発見しているほぼすべての銀河は、最近の激しい星形成を示す異常に強い輝線の特徴を示しています。これらの初期の銀河は、熱くて重い星の生成に非常に優れていました」とエンズリー氏は言う。

明るく重い星は次々に紫外線の奔流を宇宙に発射し、周囲のガスの性質を不透明から透明に変えた。 これは、原子核から電子を取り除くプロセスであるイオン化によって実現されました。

初期の銀河には非常に多くの熱くて重い星があったため、それらが科学界で激しく議論されている再電離プロセスの主な触媒となった可能性があります。

「エンズリーと彼の同僚はまた、これらの若い銀河が、より少ない星が形成される静かな期間を挟んで、急速な星形成の期間を経たという証拠も発見した。これらの発作と開始は、銀河が星の形成に必要なガス状原料の塊を捕らえたときに起こった可能性がある。あるいは、大質量星はすぐに爆発するため、定期的に周囲の環境にエネルギーを注入し、ガスが凝縮して新しい星が形成されるのを妨げていた可能性がある」とNASAは書いている。

JADES のもう 1 つの大きな要素は、非常に初期の銀河の探索です。この文脈では、ビッグバンから 4 億年以内に存在した銀河が対象となります。

「これらの銀河を研究することで、天文学者はビッグバン後の初期の星の形成が現在見られているものとどのように異なっていたかを調査することができます。遠く離れた銀河からの光は、宇宙の膨張によってより長い波長とより赤い色に引き伸ばされます。 「これは赤方偏移と呼ばれる現象です。銀河の赤方偏移を測定することで、天文学者は銀河がどれだけ遠くにあるか、したがって初期宇宙にいつ存在したかを知ることができます」とNASAは説明する。

ウェッブはすでに、科学者がこれらの非常に古い銀河を探索する方法を変革しました。 NASA は、「ウェッブ以前、宇宙が誕生して 6 億 5,000 万年未満だったとき、赤方偏移 8 を超える銀河は数十個しか観察されませんでしたが、JADES は現在、これらの非常に遠い銀河のほぼ 1,000 個を発見しました。」と述べています。

比較的短い観測時間で、ウェッブは古代銀河の探索に革命をもたらしました。

スペクトルは、非常に古い銀河を探す場合に重要なツールです。 「赤方偏移を決定するためのゴールドスタンダードには、銀河のスペクトルを調べることが含まれます。これは、無数の狭い間隔の波長でその明るさを測定します。しかし、それぞれが狭い色の帯域をカバーするフィルターを使用して銀河の写真を撮ることで、適切な近似値を決定できます。」 「一握りの明るさの測定値を得ることができます。このようにして、研究者は一度に何千もの銀河の距離の推定値を決定することができます」とNASAは説明しています。

ツーソンにあるアリゾナ大学の Kevin Hainline と彼の同僚は、ウェッブの近赤外線カメラ (NIRCAM) を使用して、測光赤方偏移と呼ばれるこれらの重要なスペクトル測定値を取得しました。

ハインライン氏のチームは、宇宙が誕生してから3億7000万年から6億5000万年の間に存在したと考えられる700以上の銀河を特定した。 候補銀河の膨大な数は、ウェッブの打ち上げ前に科学者たちが持っていた最も楽観的な推定をはるかに上回っています。 ウェッブの画期的な解像度と分光感度は、大きな利益をもたらしています。

「これまで、私たちが見ることができた最も初期の銀河は、小さな汚れのように見えました。しかし、それらの汚れは、宇宙の始まりの数百万、さらには数十億の星を表しています」とヘインライン氏は言います。 「今、私たちはそれらのいくつかが実際に目に見える構造を持つ拡張天体であることを確認できます。時の始まりからわずか数億年後に誕生した星のグループを見ることができます。」

画像クレジット: NASA、ESA、CSA、ブラント・ロバートソン（カリフォルニア大学サンタクルーズ校）、ベン・ジョンソン（CfA）、サンドロ・タッケラ（ケンブリッジ）、マーシャ・リーケ（アリゾナ大学）、ダニエル・アイゼンシュタイン（CfA）。 画像処理: アリッサ・ペイガン (STScI)