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May 26, 2023

ウェッブ宇宙望遠鏡、星形成の爆発でひび割れた初期宇宙を示す

Di Space Telescope Science Institute, 6 giugno 2023 Lo spazio James Webb

宇宙望遠鏡科学研究所より2023年6月6日

ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡の JADES プログラムは、初期宇宙に関する前例のない洞察を提供し、何百もの古代銀河を発見し、星形成の複雑なパターンを明らかにしています。 この研究は、初期の銀河にある若い高温の星が、再電離の時代に宇宙を不透明から透明に移行させる可能性があることを指摘しています。 さらに、JADES は赤方偏移を分析することにより、1,000 近くの非常に遠い銀河を発見し、これまでの予測に挑戦し、初期宇宙の複雑さを明らかにしました。

With its large, light-gathering mirror and infrared sensitivity, NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">NASA's James Webb Space TelescopeThe James Webb Space Telescope (JWST or Webb) is an orbiting infrared observatory that will complement and extend the discoveries of the Hubble Space Telescope. It covers longer wavelengths of light, with greatly improved sensitivity, allowing it to see inside dust clouds where stars and planetary systems are forming today as well as looking further back in time to observe the first galaxies that formed in the early universe." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">ジェームス ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、ビッグバンからわずか数億年後の初期宇宙に存在した銀河を研究するのに非常に適しています。 ウェッブ氏の観測時間の丸 1 か月強は、JWST 先進深部銀河系外探査 (JADES) に費やされています。 JADES は宇宙を深く覗き込み、最も暗い銀河や最も遠い銀河のいくつかを研究します。 このプログラムの最初の発見の中には、宇宙が誕生してから 6 億年未満の頃に存在した数百の銀河や、星形成の爆発を繰り返した銀河が含まれています。

NASA のジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) からのこの赤外線画像は、JWST 先進深層銀河系外探査 (JADES) プログラムのために撮影されました。 これは、ハッブル宇宙望遠鏡や他の天文台によってよく研究されている、GOODS-South として知られる空の領域の一部を示しています。 ここでは 45,000 以上の銀河が見えます。 クレジット: NASA、ESA、CSA、Brant Robertson (UC Santa Cruz)、Ben Johnson (CfA)、Sandro Tacchella (ケンブリッジ)、Marcia Rieke (アリゾナ大学)、Daniel Aisenstein (CfA)、Alyssa Pagan (STScI)

天文学における最も基本的な疑問の中に、最初の星や銀河はどのように形成されたのか?というものがあります。 NASA のジェームス ウェッブ宇宙望遠鏡は、すでにこの疑問に対して新たな洞察を提供しています。 ウェッブ氏の科学初年度における最大規模のプログラムの 1 つは、JWST 先進深部銀河系外探査 (JADES) です。このプログラムでは、約 32 日間の望遠鏡時間を費やして、遠く離れた淡い銀河を発見し、その特徴を明らかにします。 データはまだ入ってきていますが、JADES はすでに、宇宙が誕生してから 6 億年未満の頃に存在した数百の銀河を発見しています。 研究チームはまた、多数の若くて熱い星で輝いている銀河も特定した。

「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?」 アリゾナ大学ツーソン校のマーシア・リーケ氏（JADESプログラムの共同リーダー）はこう語る。

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 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ました。 これは再電離の時代として知られる重要な時期でした。 ビッグバン後の数億年の間、宇宙はガス状の霧で満たされており、高エネルギーの光を通さなくなりました。 ビッグバンから 10 億年後までに霧は晴れ、宇宙は透明になりました。これは再電離として知られるプロセスです。 科学者たちは、活動的な超大質量ブラックホールか、それとも熱く若い星で満たされた銀河が再電離の主な原因であるかについて議論してきた。

JADES プログラムの一環として、エンズリーと彼の同僚は、星形成の痕跡を探すためにこれらの銀河を研究し、それらが大量に存在することを発見しました。 「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」とエンズリー氏は述べた。

Webb の NIRCam (近赤外線カメラ) で撮影された GOODS-South フィールドのこの画像には、参考のためにコンパスの矢印、スケール バー、およびカラー キーが示されています。北と東のコンパスの矢印は、空上の画像の方向を示しています。 上空の北と東の関係 (下から見たとき) は、地上の地図 (上から見たとき) の方向矢印に対して反転していることに注意してください。 スケール バーには 50 秒角のラベルが付いています。クレジット: NASA、ESA、CSA、Brant Robertson (UC Santa Cruz)、Ben Johnson (CfA)、Sandro Tacchella (Cambridge)、Marcia Rieke (University of Arizona)、Daniel Aisenstein (CfA)、アリッサ・ペイガン (STScI)

これらの明るく重い星は、紫外線の奔流を送り出し、原子をイオン化し、原子核から電子を取り除くことによって、周囲のガスを不透明から透明に変えました。 これらの初期の銀河には非常に多くの高温で大質量の星が存在していたので、それらが再電離プロセスの主な推進力であった可能性があります。 その後、電子と原子核が再結合すると、独特の強い輝線が生成されます。

エンズリーと彼の同僚はまた、これらの若い銀河が急速な星形成の期間を経て、星があまり形成されない静かな期間が散在している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ります。 あるいは、大質量星はすぐに爆発するため、周囲の環境に定期的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る可能性があります。

JADES プログラムのもう 1 つの要素には、宇宙が誕生して 4 億年未満だったときに存在した最古の銀河の探索が含まれます。 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。 遠くの銀河からの光は、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離れているか、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。 ウェッブ以前、宇宙が誕生してから 6 億 5,000 万年未満だったとき、赤方偏移 8 以上で観測された銀河は数十個しかありませんでしたが、JADES は現在、これらの非常に遠い銀河を 1,000 個近く発見しました。

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観察することが含まれており、これにより、無数の密集した波長での明るさが測定されます。 しかし、狭い色の範囲をカバーするフィルターを使用して銀河の写真を撮り、いくつかの明るさの測定値を取得することで、適切な近似値を決定できます。 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できます。

アリゾナ大学ツーソン校のケビン・ハインライン氏らは、ウェッブのNIRCam（近赤外線カメラ）装置を使用して測光赤方偏移と呼ばれるこれらの測定値を取得し、宇宙が3億7000万年から6億5000万年の間に存在した銀河の候補を700個以上特定した。歳。 これらの銀河の膨大な数は、ウェッブの打ち上げ前に行われた観測からの予測をはるかに超えていました。 この天文台の絶妙な解像度と感度により、天文学者はこれらの遠方の銀河をこれまで以上によく観察できるようになりました。

「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述べた。 「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。」

「宇宙初期の星の形成は、私たちが思っていたよりもはるかに複雑であることがわかっています」とリーケ氏は付け加えた。

これらの結果は、ニューメキシコ州アルバカーキで開催されるアメリカ天文学会の第242回会合で報告される。

The James Webb Space Telescope is the world's premier space science observatory. Webb will solve mysteries in our solar system, look beyond to distant worlds around other stars, and probe the mysterious structures and origins of our universe and our place in it. Webb is an international program led by NASA with its partners, ESA (European Space AgencyThe European Space Agency (ESA) is an intergovernmental organization dedicated to the exploration and study of space. ESA was established in 1975 and has 22 member states, with its headquarters located in Paris, France. ESA is responsible for the development and coordination of Europe's space activities, including the design, construction, and launch of spacecraft and satellites for scientific research and Earth observation. Some of ESA's flagship missions have included the Rosetta mission to study a comet, the Gaia mission to create a 3D map of the Milky Way, and the ExoMars mission to search for evidence of past or present life on Mars." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">欧州宇宙機関）、CSA（カナダ宇宙機関）。