ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、初期の宇宙について私たちがいかに間違っていたかを示すのに多くの時間を必要としませんでした。観測を開始してからわずか数週間で、宇宙の初期に、私たちの理論が示すよりもはるかに巨大な銀河を発見しました。これらの混乱を招くイメージには説明が必要でした。
アタカマ大型ミリ波/サブミリ波アレイ (ALMA) に取り組んでいる研究者が、その 1 つを提供しています。彼らの成果は、「ビッグバンからわずか 6 億年後の、暖かく超明るい赤外線銀河。この論文は王立天文学協会の月刊通知に掲載されており、筆頭著者はスウェーデンのチャルマーズ工科大学の博士研究員である Tom Bakx 氏です。
この研究は単に Y1 と名付けられた銀河に焦点を当てています。赤方偏移は 8.3 です。つまり、ビッグバンからわずか約 6 億年後に見られることになります。私たちが今感じている光は、130億年以上にわたって伝わってきました。
この銀河は、星形成率 (SFR) が非常に高いため、過熱星工場と呼ばれています。その SFR は天の川銀河の SFR の約 180 倍です。天の川銀河が年間 1 個しか形成しないのに対し、太陽質量は年間約 180 個形成されます。研究者らによると、これは初期の銀河が考えられていたよりもはるかに大きかった理由を説明できる可能性があります。私たちの星形成理論では、これほど大きな SFR は説明できません。
「このような銀河を見たのは初めてですが、他にもたくさんの銀河が存在する可能性があると考えられます。」 – 田村洋一、名古屋大学、日本。
この画像は、JWST が宇宙のごく初期に発見した 2 つの銀河を示しています。それらは考えられていたよりもはるかに明るかったため、研究者が考えていたよりもはるかに巨大であることが示唆されています。画像クレジット: NASA、ESA、CSA、Tommaso Treu (UCLA);画像処理: Zoltan Levay (STScI)
天文学、天体物理学、宇宙論のほぼすべてのことと同様に、これは最終的に明らかになります。天文学者が Y1 で見ているのは、その高い SFR を覆い隠している過熱した塵からの赤色光です。
「私たちは宇宙が現在よりもはるかに速く星を作っていた時代を振り返っています」と筆頭著者のバックス氏は論文で述べた。 プレスリリース。 「これまでの観測では、この銀河に塵が存在することが明らかになり、これまでに光る塵からの光を直接検出した中で最も遠い銀河となった。」
「そのため、この銀河が別の過熱した種類の星型工場を稼働させているのではないかと疑うようになりました。それを確かめるために、私たちはその温度を測定することにしました」とバックス氏は付け加えた。
星は、巨大なガス雲の複合体内で大量に形成されます。若い星は輝かしく、最も大きな星も同様です。その強力な光は、星が存在するガスや塵の雲を照らします。
しかし、この光の一部は人間の目で見ることができません。これらの星は塵を照らし、電磁スペクトルの無線部分で光を放射します。そこです アルマ望遠鏡 いわゆるバンド9、つまり波長0.44mmの光で見ることができます。アルマ望遠鏡はこの波長で観測することで銀河の温度を測定することができました。
「このような波長では、銀河は輝く塵粒子のうねる雲によって照らされます。この銀河が他の波長と比較してどれほど明るく輝いているかを見たとき、私たちは本当に特別なものを見ているとすぐにわかりました」とバックス氏は語った。
他の銀河と比べてその温度が高いため、超高温銀河と呼ばれます。 Y1 の塵の温度は約 90 ケルビン、つまり摂氏 -180 (華氏 -292 度) です。比較のために、天の川銀河の塵の温度は約 20 ～ 40 ケルビンです。どちらの温度も銀河の SFR を反映しています。天の川銀河の低い温度は比較的穏やかで安定した SFR を反映しており、Y1 の温度ははるかに高い SFR を反映しています。
共同研究者の名古屋大学の天文学者、田村洋一氏は、「地球上のハウスダストに比べると確かに気温は低いが、これまでに観察した他の同等の銀河よりははるかに暖かい」と述べた。 「これにより、それが本当に極星の工場であることが確認されました。このような銀河を見たのは初めてですが、他にもたくさんある可能性があると考えられます。Y1のような星工場は初期の宇宙では一般的だった可能性があります。」
このような急速な星形成の爆発が一般的であれば、JWST が宇宙の歴史の非常に早い時期に大質量銀河を発見して私たちを混乱させた理由が説明できるかもしれません。たとえこれらのエピソードが短いものであっても、SFR の上昇によって説明できる可能性があります。
「初期の宇宙でこのような相がどれほど一般的であるかはわかりません。そのため、将来的には、このようなスターファクトリーの例をさらに探したいと考えています。また、アルマ望遠鏡の高解像度機能を使用して、この銀河がどのように機能するかを詳しく調べる予定です」とバックス氏は述べた。
しかし、この研究には、JWST によって提起された初期の大質量銀河の疑問に対する潜在的な答えだけではありません。研究によると、初期の銀河には本来よりもはるかに多くの塵が存在する可能性もあります。天文学者は、古い星が銀河塵のほとんどを生成し、特に進化した赤色巨星が主要な発生源であることを知っています。しかし、塵が思ったよりも暖かい場合、それは少量の冷たい塵と同じくらい明るくなります。その場合、塵の観測を説明するのに、進化した星の大集団は必要ありません。
「宇宙初期の銀河は、含まれる塵の量に比べて若すぎるようだ。それは不思議なことだ。なぜなら、銀河には古い星が十分になく、その周りにほとんどの塵粒子が作られるからだ」と、共著者であるフラットアイアン研究所とコロンビア大学のローラ・ソモビゴ氏は述べた。 「しかし、少量の暖かい塵は、大量の冷たい塵と同じくらい明るい可能性があり、それがまさにY1で見られているものです。これらの銀河はまだ若く、重元素や塵をまだ多く含んでいませんが、それらが持っているものは熱くて明るいのです。」
「この源は、塵に覆われた星形成が宇宙における星の質量の蓄積に強く寄与している極端な例であり、これは（サブ）mm体制での直接的かつ包括的な観測によってのみ明らかにすることができる」と著者らは結論づけている。
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