ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が初めて撮影した画像は、宇宙を新たな光で映し出している

このストーリーは、現在公開されている最初の画像で更新されました。元々は2022年7月11日午後4時36分に投稿されました。

タイムトラベルは、架空の遠い未来における超能力や現象として描かれることが多い。しかし、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡にとって、タイムトラベルは一種の目的である。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、135億年以上前、最も古い星と銀河が形成された時の、これまで誰も見たことのない時空の一部をのぞき見るために建造されました。NASA史上最大かつ最強の宇宙望遠鏡として、欧州宇宙機関およびカナダ宇宙機関と共同で設計され、2021年12月の打ち上げは17年にわたる建造プロセスの終わりと、宇宙の深淵への10年に及ぶ旅の始まりを示しました。宇宙での6か月間の調整の後、望遠鏡の赤外線カメラからの最初のフルカラー画像が、今夜のホワイトハウスの記者会見で公開されました。

最終成果物は、12.5時間にわたってさまざまな赤外線波長で撮影された画像の合成です。NASAのページによると、中心には銀河団SMACS 0723があり、その前後の星々の「深視野ビュー」を提供します。これを可能にする現象は重力レンズと呼ばれ、超新星や放浪ブラックホールなどの他の主要な宇宙物体の検出に使用されています。SMACS 0723は天の川銀河から非常に遠く離れているため、私たちが見ている画像はおよそ46億年前のものです。

先週末、NASA は望遠鏡の主なターゲットのより長いリストをちらりと公開した。その中には、太陽の数倍の大きさの巨大な星々がある、約 7,600 光年離れたカリーナ星雲、死にゆく星の周囲に広がるガス雲で直径約 0.5 光年ある南環状星雲、そしてペガスス座のコンパクトな銀河群を形成する、2 億 9,000 万光年離れたステファンの五つ子銀河などがある。

「驚くべきことに、これは私たちがこれから研究するより深い研究分野のほんの前菜に過ぎません」と、JWST プロジェクトの学際的科学者であるハイジ・ハメルは言う。彼女は過去 20 年間、NASA チームと協力し、時間の経過とともに変化してきた望遠鏡の設計と構築が、研究者が宇宙とその歴史をより深く探究するために必要な基準を満たしていることを確認してきた。

SMACS 0723 のような宇宙の未踏の部分を画像化する能力は、出発点に過ぎません。「最初に抱いた疑問を解決することは、これから学ぶことの半分に過ぎません」とハメル氏は言います。「何をするかは分かっていますが、データの収集を始めると、新たな境界や新境地に到達することになるため、疑問がさらに増えるでしょう。」

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今日公開された科学品質の画像は、ただ観客を喜ばせるためだけのものではありません。ハメル氏が説明するように、JWST の画像は、将来の天文学研究の方向付けに使用できる、より正確で有意義なデータを提供します。ハメル氏が説明するように、非常に短い露出で構成され、光の干渉を示すことができる「エンジニアリング品質の写真」をはるかに超えるものです。写真は地球上の設計決定の参考となることを目的としているため、科学者は特性の微調整を心配していません。しかし、精巧に選ばれた宇宙の画像の場合、「これらすべての特性が重要です」とハメル氏は言います。「カメラと分光器を慎重に調整しました。この情報はすべて宇宙からのものであり、カメラだけから得たものではないという明確さと自信があります。」

この望遠鏡は、近赤外線カメラ、近赤外線分光器、中赤外線装置、近赤外線撮像装置とスリットレス分光器、精密誘導センサーの 4 つの先進的な装置を使用して画像を撮影します。これらすべての技術により、JWST は赤外線を画像化し、宇宙のより深いところとそのタイムラインを見ることができます。(1990 年に打ち上げられ、当時最大級の望遠鏡の 1 つであった NASA のハッブル望遠鏡は、これまでで最も深い宇宙の写真を撮影し、ビッグバンから 6 億年後に形成された銀河を捉えていました。)

JWST チームは望遠鏡を機能させるために 10 種類の新しい技術を考案したとハメル氏は言う。たとえば、宇宙の極端な温度のため、繊細な画像機器を機能させるには特別な温度調節システムが必要だった。この課題の契約先であるジェネシス エンジニアリング社の社長兼 GEO であるロバート ラッシュフォード氏は、JWST での取り組みはユニークだったと語る。

「これは、このように設計された最初の望遠鏡でした」とラッシュフォード氏は言う。「サンシールドより上の部分はすべて極低温だったので、動作が必要なときに温度を保って性能が損なわれないように、よりバランスの取れたアプローチを考え出す必要がありました。」

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光の新たな波長を捉えるには、別の課題もありました。地球上では、何かの速さを表現するときに「光の速度」という言葉が意味を持ちます。私たちは光が秒速 186,00 マイルで見えるので、一瞬のように感じます。しかし、宇宙では距離が非常に大きいため、「光の速度」ははるかに顕著です。光が宇宙を移動するには時間がかかるため、宇宙の夜明けからの光は、望遠鏡で観測するには非常に長い距離を移動する必要があります。たとえば、太陽からの光は、私たちの目に届くまでに 8 分 20 秒かかります。太陽が爆発したとしても、ビートルズの名曲「カム・トゥゲザー」を 2 回聞いた後でしかわかりません。

さらに、宇宙は膨張しているため、光の波長も膨張しています。星の誕生は光を発し、可視エネルギーの波長が外側に遠くへ移動するにつれて、人間の目には見えない赤外線帯域に移行します。しかし、ウェッブは これらの波長を捉えることができれば、天文学者は星や銀河が誕生した最も古く遠い時代の光を観測することができるようになる。本日公開された画像は、JWST が実現できること、そしてこの望遠鏡で宇宙を眺めることがいかに過去を振り返ることと似ているかを示す初期の例である。

「ウェッブはハッブルが到達できない場所を捉えられるよう設​​計されている」とハメル氏は言う。「ウェッブは感度が高く、遠くの物体がより見える赤外線波長まで到達できる。」

これはハッブルがもう役に立たなくなったということではありません。科学者はさまざまな望遠鏡を使ってさまざまな波長の光を観測できます。そのため、JWST が観測対象空間の外縁部に目を向けている間に、ハッブルは星形成を観測するための「若い星の紫外線レガシー ライブラリ (Ultraviolet Legacy Library of Young Stars as Essential Standards)」などのプロジェクトを継続することができます。

「1 つの望遠鏡ですべての知識を得られるわけではありません」とハメル氏は言います。「ウェッブ望遠鏡があるからといって、それで終わりだと考えないことが重要です。ウェッブ望遠鏡でできることを超えた疑問はすでにわかっていますが、現時点では、このまったく新しい赤外線の窓が開かれるだけでもワクワクします。」

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ハメルにとって、これらの新しい画像は、彼女や JWST の製作と運用に関わった多くの人々の生涯にわたる仕事以上のものを反映している。彼女はこれを、世界規模の緊密な協力の結果と見ている。現在、300 以上の大学や組織、14 か国がこのプロジェクトに貢献している。これらの画像の科学的重要性が誰にとってもすぐにはわからないかもしれないが、宇宙に対する私たちの理解を変える可能性があると彼女は言う。

「世界中の人々が協力して、人類が宇宙のさらに奥深くまで探索できるものを作りました」とハメル氏は言う。「これは、人類が協力して偉大で素晴らしいことを成し遂げられるという例です。そして、今、私たちの生活には、こうした前向きなことや例が必要です。」

NASA は明日午前 10 時 30 分 (東部標準時) 以降に残りの画像を公開する予定です。ライブストリームはここで視聴できます。