科学者たちは宇宙最古の銀河を発見した

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が運用を開始してからそれほど時間は経っていませんが、それ以来収集されたデータは新記録を打ち立て続けています。 最近、研究者たちはユニークな発見を報告しました – ウェッブの鋭い目は宇宙で最も古い銀河のいくつかを発見しました。 「最古の」銀河の称号は、 さまざまなオブジェクトなぜなら、それらの発見は徐々に起こるからですが、ウェッブによって発見された銀河は天文学者にとって深刻な問題を引き起こします。それはすべて、それらが宇宙のこれらの住民の形成に関する既存のモデルを破壊するためです。 したがって、最も遠い銀河である JADES-GS-z14-0 は、ビッグバンから約 3 億年後であることが画像で確認できます (以前の記録保持者より少なくとも 1 億年前に存在していました)。 これは、ウェッブが捉えた光が私たちに届くまでに約 135 億年かかったということになります。 隣の銀河とほぼ同じ距離にある
最古の銀河のランキングでは 2 位にランクされています。

ギャラクシー記録保持者

2023年10月と2024年1月に行われた今回の発見の発表は、JWST先進深層銀河系外探査(JADES)プログラムの一環として100億ドルの望遠鏡が促進してきた現在進行中の宇宙誕生探査における最新の進歩である。 JADES は、138 億年前の宇宙誕生直後に原始銀河で星、ガス、ブラック ホールがどのように進化したかについて重要な洞察を提供することを目指しています。

これらの銀河は、宇宙史の最初の 5 億年間に、小さいながらも増加している銀河集団に加わり、恒星の集団とその特徴的な化学元素構造を研究できるようになります。 話す この研究の著者の一人は、カブリ宇宙論研究所のフランチェスコ・デウジェニオ氏です。

ウェッブによって観測された JADES-GS-z14-0 銀河は、現在、これまでに発見された天体の中で最も遠く、最も初期に発見された天体です。 研究者らは、それがビッグバンからわずか3億年後に出現したと指摘している。

これまでに発見された最古の銀河は、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によって撮影されたこの画像で見ることができます。 画像: NASA / ESA / CSA / STSc / B. Robertson (カリフォルニア大学サンタクルーズ校) / B. Johnson (CfA) / S. Tacchella (ケンブリッジ) / P. Cargile (CfA)

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しかし、JADES-GS-z14-0は、地球からの距離とその年齢だけが注目に値するわけではありません。 幅が約 1600 光年あるこの宇宙天体は、大きさも明るさも他の天体とは異なります。 したがって、天体物理学者によれば、JADES-GS-z14-0 のサイズは、「光の大部分は、銀河の中心にある超大質量ブラック ホールに落ち込む物質からではなく、多数の若い星から来ている」ことを証明しています。それははるかに少なく見えるでしょう。」

なぜ古代の銀河はあんなに明るいのでしょうか?

JADES-GS-z14-0 の極端な明るさと、この明るさが若い星から来ているという事実は、JADES-GS-z14-0 が初期宇宙における大きくて重い銀河の急速な形成に関するこれまでで最も顕著な証拠を提供することを意味します。

JADESチームのメンバーでカリフォルニア大学サンタクルーズ校の研究者であるベン・ジョンソン氏は、ウェッブ氏の発見は初期宇宙における銀河形成が非常に急速かつ激しかったことを示していると指摘している。

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、初期の銀河を赤色で観察します。 これが宇宙最古の銀河、JADES-GSz14-0 の様子です。 画像: NASA / ESA / CSA / STSc / B. Robertson (カリフォルニア大学サンタクルーズ校) / B. Johnson (CfA) / S. Tacchella (ケンブリッジ) / P. Cargile (CfA)

驚くべきことは、将来、ジェームス・ウェッブ宇宙望遠鏡によって、おそらく宇宙がさらに若かった時代に、そのような銀河をさらに発見できるようになるということです。 そしてこれは、銀河の起源と進化を研究する絶好の機会でもあります。 彼らが言う 科学者らは声明で述べた。

ジェームズ ウェッブ望遠鏡は、その機器、特に主な撮像装置である近赤外線カメラ (NIRCam) の高い赤外線感度のおかげで、初期銀河の観察の専門家であることを思い出してください。 つまり、2023 年のウェッブ 仮説上の星を発見した、暗黒物質を食べる。

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宇宙時代の夜明けにこれらの銀河から発せられる光は、天の川に近い銀河からの光と同様に幅広い波長を持っています。 何十億年にもわたる旅により、この光は電磁スペクトルの近赤外領域の低エネルギーの長波長放射に変換されます。

電磁スペクトルとそれに関連する光の波長を示す図。 太陽は、あらゆる色の可視光を含む、電磁スペクトル全体にわたって光を放射します。 (画像提供: NASA の Imagine the Universe プログラム)

空間の構造そのものが膨張し、光がそこを通過すると、それに伴って波長も増加します。 「これにより、光が電磁スペクトルの赤い部分に「シフト」するため、この現象の名前が「レッドシフト」と呼ばれています。」 説明する 天文学者。

赤方偏移

どうやって 前にも言いましたねしかし、より遠くにある銀河は、その光が私たちに届くまでに、より多くの空間（膨張につれて伸びる）を横切る必要があり、赤方偏移を引き起こします。

これは、研究者が既知のスペクトルを持つ天体までの距離を測定するために使用するものです。 そして、光が物体に到達するまでにはある程度の時間がかかるため、この距離を使用して、これらの銀河が私たちが目にする形でどれくらい前に存在していたかを計算することができます。

グラフは、左から右に下がっている赤い線を示しています。「この銀河はビッグバンの 3 億年後に形成された」。 (画像クレジット: NASA、ESA、CSA、J. Olmsted (STScI)。科学: S. Carniani (自然科学大学院)、JADES 協力。)

両方の古代銀河がウェッブによって最初に発見されたとき、科学者たちはそれらが天の隣人である可能性があると推測しました。 しかし、この考えは昨年 10 月に JADES チームが NIRCam を使用して 5 日間にわたって JADES-GS-z14-0 の詳細な分析を実施したときに払拭されました。 初期銀河を識別するために特別に設計されたフィルターの使用により、JADES-GS-z14-0 までの距離が非常に遠いことが確認されました。

この銀河が単に近い銀河の隣にあるというもっともらしい説明はまったく見つかりませんでした」とアリゾナ大学のJADESチームのメンバー、ケビン・ハインラインは語った。

この銀河はまた、その発光が予想よりも赤いという事実によって発見者を驚かせた。 JADES-GS-z14-0からの光は、それに含まれる塵によって「赤く」なっていることが判明しました。塵は、この銀河がさらに大きく成長するのに役立つ星の構成要素となるでしょう。

宇宙からのサプライズ

もう一つの驚きは、JADES-GS-z14-0 での酸素の発見でした。 水素やヘリウムより重い元素は恒星が一生の間に形成し、それらの恒星が爆発すると銀河全体に分布することを思い出してください。 JADES-GS-z14-0 に酸素が存在するということは、少なくとも この非常に古代の銀河には、一世代の星がすでに生き、そして死んでいます。。

「これらの観測結果を総合すると、JADES-GS-z14-0 は、宇宙初期の理論モデルやコンピューター シミュレーションによって存在すると予測されたタイプの銀河とは異なることが示唆されます。」 話す スチュワード天文台とアリゾナ大学のジェイク・ヘルトン氏はこう語る。

将来的にはさらに多くの古代銀河が発見されるでしょう。 画像: static.scientificamerican.com

観測された光源の明るさを考えると、それが宇宙時間の経過とともにどのように増加するかを予測することができますが、これまでのところ、私たちの研究で高い赤方偏移で観測した他の何百もの銀河の中から適切な類似体は見つかっていないと彼は付け加えました。

ウェッブ宇宙望遠鏡が JADES-GS-z14-0 を見つけるために調べた空の領域が比較的狭いことを考えると、この新しい発見は、初期の宇宙で見られる明るい銀河の予測数に大きな影響を及ぼします。

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そのため、今後 10 年間で、天文学者はウェッブ氏の協力を得て、そのような輝く銀河を、おそらくはより古い銀河も含めて多数発見する可能性があります。 新しい驚くべき発見に関する記事の全文を読むことができます プレプリント arXiv のサーバーへ。 銀河の光の性質を同時に研究した記事が見つかります ここ そして ここ。