JWSTは天文学者がこれまでに見た中で最も遠い銀河の2つを発見

NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使った研究チームが、天文学者がこれまで見た中で最も遠い銀河のうち2つを観測した。地球から330億光年近く離れたこれらの遠方領域は、宇宙最古の銀河がどのように形成されたかについての洞察を与えてくれる可能性がある。この発見の詳細は、11月13日にアストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に掲載された研究論文で述べられている。

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UNCOVER z-13 と UNCOVER z-12 は、これまでに観測された銀河の中で 2 番目と 4 番目に遠い銀河であり、パンドラ銀河団 (Abell 2744) と呼ばれる領域にあります。この 2 つの銀河は、JWST が 2022 年に撮影した最初の深宇宙画像の一部に捉えられたパンドラ銀河団の 60,000 個の光源の 1 つです。この空間領域は、いくつかの銀河団の背後にあるため、この種の画像化に選択されました。光は、重力レンズ効果と呼ばれる自然な拡大効果を生み出します。これは、銀河団の合計質量の重力引力が周囲の時空を歪めるときに発生します。次に、近くを通過する光を拡大し、銀河団の背後のより広い視野を提供します。

この距離にあると確認されている他の銀河は、一般的に画像では赤い点として現れる。しかし、研究チームによると、これらの新しい銀河はより大きく、ピーナッツやふわふわしたボールのように見えるという。

「初期宇宙についてはほとんど何もわかっていません。その時代について学び、初期銀河の形成と成長に関する理論を検証する唯一の方法は、これらの非常に遠い銀河を調べることです」と、ペンシルベニア州立大学の研究共著者で天文学者のビンジ・ワン氏は声明で述べた。「私たちの分析以前は、この極端に遠い距離にあると確認された銀河は3つしかありませんでした。これらの新しい銀河とその特性を研究することで、初期宇宙の銀河の多様性と、そこから学べることがどれほどあるかが明らかになりました。」

ワン氏は、この研究を実施した JWST UNCOVER (再イオン化期以前の超深宇宙 NIRSpec および NIRCam 観測) チームのメンバーでもあります。UNCOVER の初期の目標は、JWST を使用してパンドラの銀河団周辺の非常に詳細な画像を取得することです。

これらの銀河から発せられる光は地球に到達するまでに長い旅をしなければならなかったため、宇宙の過去を知る手がかりとなる。研究チームは、JWST が検出した光は宇宙が約 3 億 3000 万歳だったときに 2 つの銀河から発せられたもので、宇宙望遠鏡に到達するまでに約 134 億光年を旅したと推定している。

しかし、この期間の宇宙の膨張により、現在、銀河は地球から 330 億光年近く離れています。

「これらの銀河から発せられる光は古く、地球の約3倍の年齢です」と、研究の共著者でペンシルベニア州立大学の天文学者、UNCOVERのメンバーでもあるジョエル・レジャ氏は声明で述べた。「これらの初期の銀河は、初期宇宙を構成していた非常に薄い水素ガスを突き抜けて光が輝く、ビーコンのようなものです。その光によってのみ、宇宙の夜明け近くの銀河を支配していた異様な物理現象を理解し始めることができます。」

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この2つの銀河は、これまでこの極端な距離にあった3つの銀河よりもかなり大きい。私たちの天の川銀河の直径はおよそ10万光年だが、初期宇宙の銀河は非常に圧縮されていたと考えられている。研究チームが撮影した銀河の1つのような直径2000光年の銀河は驚きだった。

「これまでこの距離で発見された銀河は点源で、画像では点として現れます」と王氏は言う。「しかし、私たちの銀河のうちの 1 つは細長く、まるでピーナッツのようで、もう 1 つはふわふわしたボールのように見えます。大きさの違いが星の形成方法によるのか、形成後に何が起こったのかは不明ですが、銀河の特性の多様性は本当に興味深いものです。これらの初期の銀河は、同様の物質から形成されたと予想されていますが、すでに互いに非常に異なる兆候を示しています。」

研究チームは、これらの初期の銀河について推測するために詳細なモデルを使用しました。研究チームは、これら 2 つの銀河は (宇宙基準で) 若いだけでなく、組成に金属がほとんど含まれておらず、急速に成長して活発に星を形成していると考えました。

「最初の元素は、核融合のプロセスを通じて初期の恒星の中心で作られました」とレジャ氏は言う。「これらの初期の銀河には金属などの重元素がないのは当然です。なぜなら、これらの銀河は重元素を最初に作った工場の一部だったからです。そしてもちろん、最初の銀河であるためには、それらは若く、星形成中でなければなりませんが、これらの特性を確認することは私たちのモデルの重要な基礎テストであり、ビッグバン理論のパラダイム全体を確認するのに役立ちます。」

天文学者たちは、レンズ効果クラスターとJWST搭載の機器を今後も使い、宇宙で最初に誕生した銀河のタイムラインを解き明かし続けるだろう。