NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が、最も遠い銀河を発見

編集者注: この投稿では、まだ査読プロセスを経ていない進行中の Webb 科学のデータに焦点を当てています。

過去2年間、科学者たちはNASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（WebbまたはJWSTとも呼ばれる）を使用して、天文学者が宇宙の夜明けと呼ぶ、ビッグバン後の最初の数億年間に最初の銀河が誕生した時期を調査してきました。これらの銀河は、宇宙が非常に若かったときにガス、星、ブラックホールがどのように変化していたかについて重要な洞察を提供します。2023年10月と2024年1月、国際的な天文学者チームがJWST先進的深部銀河系探査（JADES）プログラムの一環として、Webbを使用して銀河を観測しました。彼らはWebbのNIRSpec（近赤外線分光器）を使用して、ビッグバンからわずか2億9000万年後に観測された記録破りの銀河のスペクトルを取得しました。これは約14の赤方偏移に相当し、銀河の光が宇宙の膨張によってどれだけ引き伸ばされているかの尺度です。 私たちは、イタリアのピサにある高等師範学校のステファノ・カルニアーニ氏とアリゾナ州ツーソンにあるアリゾナ大学のケビン・ヘインライン氏を招き、この源がどのようにして発見されたのか、またそのユニークな特性が銀河の形成について何を教えてくれるのかについて、詳しく話していただきました。

「ウェッブの観測機器は、最も古い銀河を発見し理解するために設計されており、JWST先進深宇宙探査（JADES）の一環としての観測の最初の年に、私たちは 数百の候補銀河 ビッグバン後の最初の6億5000万年。2023年初頭、私たちはデータの中に、 赤方偏移 14の非常にエキサイティングな発見でしたが、その源には警戒すべき特性がいくつかありました。源は驚くほど明るく、これほど遠い銀河では予想外の明るさで、別の銀河に非常に近かったため、2つは1つの大きな天体の一部であるように見えました。2023年10月に、 JADES オリジンズフィールドウェッブのより狭いNIRCam（近赤外線カメラ）フィルターで得られた新しい画像データは、高赤方偏移仮説をさらに示唆していました。スペクトルが必要であることはわかっていました。なぜなら、私たちが知るものはすべて、ウェッブの初期宇宙の研究における新たなマイルストーンとして、あるいは中年の銀河の不可解な異端として、科学的に非常に重要なものになるからです。

「2024年1月、NIRSpecはこの銀河、JADES-GS-z14-0をほぼ10時間観測し、スペクトルが最初に処理されたとき、銀河が実際に14.32の赤方偏移にあるという明確な証拠があり、これまでの最も遠い銀河の記録を破りました（JADES-GS-z13-0のz = 13.2）。このスペクトルを見ることは、その源を取り巻く謎を考えると、チーム全員にとって非常に興奮する出来事でした。この発見は、私たちのチームにとって単に新しい距離記録というだけではありませんでした。JADES-GS-z14-0の最も重要な点は、この距離では、この銀河が本質的に とても 明るい。画像から、光源の直径は 1,600 光年以上であることが判明し、私たちが見ている光は主に若い星から来ており、成長中の超大質量ブラックホールの近くからの放射ではないことが証明されました。これだけの星の光は、銀河の質量が太陽の数億倍であることを示しています。これは、自然がどのようにして 3 億年足らずでこれほど明るく、巨大で大きな銀河を作ることができたのかという疑問を生じさせます。

「データは、この驚くべき銀河の別の重要な側面を明らかにしています。銀河の色は青くないことがわかり、ごく初期の段階であっても、光の一部が塵によって赤くなっていることを示しています。スチュワード天文台とアリゾナ大学の JADES 研究者ジェイク・ヘルトン氏はまた、JADES-GS-z14-0 がウェッブの MIRI (中赤外線装置) でより長い波長で検出されたことを確認しました。これは、その距離を考えると注目すべき成果です。MIRI の観測は、ウェッブの近赤外線装置では届かない赤方偏移した可視光範囲で放射された光の波長をカバーしています。ジェイク氏の分析によると、MIRI 観測によって示唆された光源の明るさは、他のウェッブ装置の測定値から推定される明るさを上回っており、銀河内に水素と酸素からの明るい輝線の形で強力な電離ガス放射が存在することを示しています。 この銀河の誕生初期に酸素が存在していたことは驚きであり、この銀河が観測される前にすでに複数世代の非常に質量の大きい星がその生涯を終えていたことを示唆している。

「これらの観測結果から、JADES-GS-z14-0 は、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初期宇宙に存在すると予測されているタイプの銀河とは異なることがわかります。観測された源の明るさを考慮すると、宇宙の時間をかけてどのように成長するかを予測できます。また、これまでのところ、調査で高赤方偏移で観測した他の数百の銀河から適切な類似物は見つかっていません。JADES-GS-z14-0 を見つけるために探した空の領域は比較的小さいため、その発見は、別の同時開催の JADES 研究で議論されているように、初期宇宙で見られる明るい銀河の予測数に大きな影響を与えます (ロバートソンら、最近受理された）。今後 10 年間で、天文学者たちはウェッブとともに、このような明るい銀河を、おそらくはもっと古い時代に、数多く発見するでしょう。私たちは、コズミック・ドーンで存在した銀河の並外れた多様性を見ることができて、とても興奮しています！」

これらの分光観測は、保証時間観測（GTO）プログラムの一環として行われた。 1287、 MIRIのものはGTOプログラムの一部である 1180。

著者について:
ステファノ・カルニアーニはイタリアの高等師範学校の助教授です。また、Webb/NIRSpec GTO チームのメンバーでもあり、宇宙の時代における銀河とブラックホールの進化を研究しています。

ケビン・ヘインラインは、アリゾナ大学スチュワード天文台の准研究教授です。彼はまた、Webb/NIRCam 科学チームのメンバーでもあり、JADES GTO 調査のデータを使用して、最も高い赤方偏移における銀河と活動銀河核の進化を調査しています。

ニュースメディア連絡先:

アリス・フィッシャー
本部、ワシントン
202-358-2546
[email protected]

ローラ・ベッツ
ゴダード宇宙飛行センター、メリーランド州グリーンベルト。
301-286-9030
メールアドレス: [email protected]

クリスティーン・プリアム
宇宙望遠鏡科学研究所、メリーランド州ボルチモア
410-338-4366
メール: