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2024-06-10 22:45:08
NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は宇宙の奥深くをのぞき込み、科学者たちに、宇宙が現在の年齢のほんの一部だった時代の超新星の詳細な姿を初めて見せている。ウェッブのデータを使ったチームは、初期宇宙でこれまで知られていたよりも 10 倍多くの超新星を特定した。新たに発見された爆発星のいくつかは、宇宙の膨張率を測定するために使用されたものを含め、その種の中で最も遠い例である。
「ウェッブは超新星発見マシンです」と、ツーソンにあるスチュワード天文台とアリゾナ大学の大学院3年生、クリスタ・デコーシー氏は言う。「検出された超新星の数の多さと、超新星までの距離の遠さは、私たちの調査で最も刺激的な成果です。」
デコースシー氏はこれらの研究結果をウィスコンシン州マディソンで開催されたアメリカ天文学会第244回会議で発表した。
「超新星発見マシン」
これらの発見をするために、研究チームは JWST 先進的深銀河系外探査 (JADES) プログラムの一環として取得された画像データを分析しました。ウェッブは、超新星の光がより長い波長に引き伸ばされるため、非常に遠方の超新星を見つけるのに最適です。この現象は宇宙赤方偏移として知られています。
ウェッブの打ち上げ以前には、赤方偏移2を超える超新星はほんの一握りしか見つかっていなかった。これは宇宙がまだ33億歳だった頃、つまり現在の年齢のわずか25%に相当している。JADESのサンプルには、宇宙がまだ20億歳未満だった過去にさらに爆発した超新星が多数含まれている。
これまで研究者らは、NASA のハッブル宇宙望遠鏡を使って、宇宙が「若年成人」段階にあったときの超新星を観察してきた。JADES によって、科学者らは宇宙が「10 代」または「10 代前半」のときの超新星を観察している。将来的には、宇宙の「幼児」または「乳児」段階を振り返ることを期待している。
超新星を発見するために、研究チームは最大 1 年の間隔を置いて撮影された複数の画像を比較し、それらの画像で消えたり現れたりする源を探しました。時間の経過とともに観測される明るさが変化するこれらの天体はトランジェントと呼ばれ、超新星はトランジェントの一種です。JADES トランジェント サーベイ サンプル チームは、腕を伸ばした米粒ほどの厚さの空の一部で、合計約 80 個の超新星を発見しました。
「これは、過渡科学にとって、高赤方偏移の宇宙がどのようなものかを知る最初のサンプルです」と、メリーランド州ボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所 (STScI) の NASA アインシュタイン研究員で、チームメイトのジャスティン・ピエール氏は語る。「私たちは、遠方の超新星が近隣の宇宙で見られるものと根本的に異なるのか、それとも非常によく似ているのかを特定しようとしているのです。」
ピエール氏と他のSTScI研究者は、多くの場合非常によく似ていることから、どの突発現象が実際に超新星であり、どれがそうでないかを判断するために専門的な分析を提供しました。
研究チームは、分光学的に確認された最も遠い赤方偏移3.6の超新星を含む、高赤方偏移の超新星を多数特定した。その起源となる恒星は、宇宙が誕生してまだ18億年しか経っていないときに爆発した。これはいわゆるコア崩壊型超新星で、大質量星の爆発である。
遠方のIa型超新星の発見
天体物理学者が特に興味を持っているのは、Ia 型超新星です。爆発するこれらの星は予想通り非常に明るいため、はるか遠くの宇宙までの距離を測定したり、科学者が宇宙の膨張率を計算するのに役立てたりするのに使われています。研究チームは、赤方偏移 2.9 の Ia 型超新星を少なくとも 1 つ特定しました。この爆発からの光は、宇宙がまだ 23 億歳だった 115 億年前に地球に届き始めました。分光学的に確認された Ia 型超新星のこれまでの距離記録は、宇宙が 34 億歳だったときの赤方偏移 1.95 でした。
科学者たちは、高赤方偏移の Ia 型超新星を分析して、距離に関係なく、すべての超新星の固有の明るさが同じであるかどうかを調べることに熱心に取り組んでいます。これは極めて重要です。なぜなら、明るさが赤方偏移によって変化すると、宇宙の膨張率を測定するための信頼できる指標にはならないからです。
ピレル氏は、赤方偏移 2.9 で発見されたこの Ia 型超新星を分析し、その固有の明るさが予想と異なるかどうかを判断しました。これはこの種の天体の最初の例に過ぎませんが、結果は Ia 型超新星の明るさが赤方偏移によって変化するという証拠を示していません。より多くのデータが必要ですが、今のところ、宇宙の膨張率とその最終的な運命に関する Ia 型超新星に基づく理論はそのままです。ピレル氏は、アメリカ天文学会の第 244 回会議でも研究結果を発表しました。
未来に向けて
初期の宇宙は、非常に異質で、環境も極端でした。科学者たちは、太陽のような星よりもずっと重い化学元素の少ない星から発生する古代の超新星を観測できると期待しています。これらの超新星を近傍宇宙の超新星と比較することで、天体物理学者は初期の星形成と超新星爆発のメカニズムを理解することができます。
「私たちは本質的に、一時的な宇宙に新たな窓を開いているのです」と、JADES 超新星の分光分析を率いる STScI フェローのマシュー・シーバート氏は語る。「これまで、私たちがそうするたびに、非常に刺激的な発見がありました。予想もしなかった発見です」
「ウェッブは非常に感度が高いため、観測点のほぼすべての場所で超新星やその他の突発現象を発見しています」と、JADES チームのメンバーでアリゾナ大学ツーソン校の研究教授である江上英一氏は語る。「これはウェッブによる超新星のより広範な調査に向けた最初の重要な一歩です。」
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、世界最高の宇宙科学観測所です。ウェッブ望遠鏡は、太陽系の謎を解き明かし、他の星々の周りの遠くの世界を観察し、宇宙の神秘的な構造と起源、そして宇宙における私たちの位置を探っています。ウェッブ望遠鏡は、NASA がパートナーである ESA (欧州宇宙機関) と CSA (カナダ宇宙機関) と共同で主導する国際プログラムです。
#NASAのウェッブが超新星科学に新たな窓を開く