天文学者が古代の宇宙変身を推進する遠方の銀河群を発見

天文学者が古代の宇宙変身を推進する遠方の銀河群を発見
2020年1月5日投稿

クレジット：NASAのゴダード宇宙飛行センター
EGS77は、これまでに特定された最も遠い銀河グループです。それは、宇宙がたった6億8,000万歳、つまり現在の138億歳の5パーセント未満だった時代にさかのぼります。
ハワイのマウナケア – NASAの一部が資金提供した国際的な天文学者チームは、これまでに特定された最も遠い銀河グループを発見しました。ハワイのマウナケアにあるWMケック天文台の助けを借りて、チームはEGS77と呼ばれる銀河のトリオが、宇宙がたった6億8,000万歳、つまり現在の年齢138億年の5％未満であったことを確認しました。

さらに重要なことは、銀河が再イオン化と呼ばれる大規模な宇宙変身の参加者であることを観察が示しています。最初の星からの光が、春に溶ける凍った湖に似た方法で宇宙全体の水素の性質を変えたときに、時代が始まりました。これは、暗くて光を消している初期の宇宙を、今日私たちの周りに見られるものに変えました。
「若い宇宙は水素原子で満たされているため、紫外線が減衰して初期の銀河の視界が遮られます」とメリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターのジェームズ・ロードは、1月5日に235日に調査結果を発表しましたホノルルでのアメリカ天文学会の会議。「EGS77は、この宇宙の霧を取り除く行為に巻き込まれた最初の銀河グループです。」
より遠方の個々の銀河が観測されていますが、EGS77はこれまでで最も遠い銀河群であり、再イオン化によって明らかにされた遠紫外線の特定の波長を示しています。ライマンアルファライトと呼ばれるこの放射は、EGS77のすべてのメンバーで顕著です。
宇宙は初期の段階では、熱くて不透明なプラズマでした。約38万年にわたって膨張と冷却を行った後、宇宙は最初の原子を形成しました。その90％以上が水素です。数億年後、このガスは最初の星と銀河を形成しました。しかし、この豊富なガスのまさに存在は、初期宇宙で銀河を見つけるための挑戦を引き起こします。
初期の段階では、宇宙は電子、陽子、原子核、光などの粒子の輝くプラズマでした。原子はまだ存在できませんでした。宇宙はイオン化された状態にあり、明るいネオンサインや蛍光灯の中のガスに似ていました。


EGS77銀河グループの図は、星からの紫外線によってイオン化された水素の泡が重なり合って囲まれている銀河を示しています。
このEGS77銀河グループの図は、星からの紫外線によってイオン化された水素の気泡が重なり合っていることで囲まれた銀河を示しています。光を消光する水素原子をイオン化されたガスに変換することにより、UVスターライトは初期の宇宙全体にこのような泡を形成し、徐々に不透明から完全に透明に変化すると考えられています。クレジット：NASAのゴダードスペースフライトセンター

宇宙が約38万年にわたって膨張して冷却された後、電子と陽子が結合して最初の原子になり、その90％以上が水素になりました。数億年後、このガスは最初の星と銀河を形成しました。しかし、この豊富なガスのまさに存在は、初期宇宙で銀河を見つけるための挑戦を引き起こします。
水素原子は、波長121.6ナノメートルのライマンアルファ放射として知られる遠紫外光を容易に吸収し、素早く再放射します。最初の星が形成されたとき、それらが生成した光の一部はこの波長に一致しました。ライマンアルファ光は水素原子と容易に相互作用するため、ガスがランダムな方向に散乱する前に遠くまで進むことができませんでした。
「銀河からの強い光は、周囲の水素ガスをイオン化して、泡を形成し、星の光が自由に移動できるようにします」と、テンペのアリゾナ州立大学の研究員であるチームメンバーのヴィタルティルビは言いました。「EGS77は、大きな泡を形成しているため、光はほとんど減衰することなく地球に到達します。最終的に、これらの泡はすべての銀河の周りに成長し、銀河間空間を満たし、宇宙を再イオン化し、宇宙を横断する光の道を切り開きました。
EGS77は、Rhoadsが主任研究者として務めているCosmic Deep And Wide Narrowband（Cosmic DAWN）調査の一部として発見されました。チームは、ツーソン近郊のキットピーク国立天文台にある4メートルのメイオール望遠​​鏡に取り付けられた国立光学天文台の超広視野赤外線画像装置（NEWFIRM）のカスタムフィルターを使用して、星座の小さな領域を撮像しました。アリゾナ。
Distant Galaxy Group Caught Driving Ancient Cosmic Makeover


このアニメーションは、宇宙史におけるEGS77の位置を示し、銀河に飛び、星からの紫外線がイオン化水素の泡をどのように生成するかを示しています。
クレジット：NASAのゴダードスペースフライトセンター
宇宙が拡大しているため、EGS77からのライマンアルファ光は移動中に引き伸ばされているため、天文学者は実際に近赤外波長でそれを検出します。その光はライマンアルファよりも短い波長で始まり、水素原子の霧によって散乱されたため、現在これらの銀河を可視光で見ることはできません。

遠方の候補者を選択するのを助けるために、研究者たちは彼らの画像をNASAのハッブルとスピッツァー宇宙望遠鏡によって撮られた同じ地域の公的に利用可能なデータと比較しました。近赤外画像で明るく見える銀河は可能性としてタグ付けされ、可視光で現れる銀河は近すぎるとして拒否されました。

チームは、ハワイのマウナケアにあるWMケック天文台のケックI望遠鏡にある赤外線探査用マルチオブジェクト分光計（MOSFIRE）を使用して、EGS77の銀河までの距離を確認しました。3つの銀河はすべて、わずかに異なる波長でライマンアルファ輝線を示し、わずかに異なる距離を反映しています。隣接する銀河間の距離は約230万光年、またはアンドロメダ銀河と私たちの天の川の間の距離よりもわずかに近いです。

Tilviが率いる調査結果を説明した論文がThe Astrophysical Journalに提出されました。

「これは宇宙の再イオン化の原因であると特定された最初の銀河グループですが、将来のNASAミッションではさらに多くのことがわかります」とGoddardの共著者であるSangeeta Malhotraは述べています。「今後のJames Webb Space Telescope は、これらの距離にあるより暗い銀河からのライマンアルファ放射に敏感であり、EGS77内でさらに多くの銀河を見つける可能性があります。」

天文学者は、この時代の同様の再イオン化バブルはまれであり、見つけるのが難しいと予想しています。NASAが計画している広視野赤外線調査望遠鏡（WFIRST）は、追加の例を明らかにすることができ、宇宙史におけるこの重要な移行をさらに明らかにすることができます。

MOSFIREについて

MOSFIRE（赤外線探査用マルチオブジェクト分光器）は、画像または最大46の同時スペクトルを取得できる非常に効率的な機器です。敏感な最先端の検出器と電子システムを使用して、MOSFIREは他のどの近赤外分光器よりも暗い観測値を取得します。MOSFIREは、初期の宇宙の遠方の銀河や、私たち自身の銀河の星団など、複雑な星や銀河の分野を研究するための優れたツールです。MOSFIREは2012年4月に最初の光を獲得し、国立科学財団と天文学の恩人であるゴードンとベティムーアからの資金提供によって実現しました。現在、WMケック天文台で最も需要のある機器です。

WM KECK OBSERVATORYについて

WMケック天文台の望遠鏡は、地球上で最も科学的に生産的です。ハワイ島のマウナケア山頂にある2つの10メートルの光学/赤外線望遠鏡には、イメージャー、マルチオブジェクトスペクトログラフ、高解像度スペクトログラフ、積分フィールドスペクトロメータ、世界をリードするレーザーガイドを含む一連の高度な機器が備わっていますスター補償光学システム。

ここに示すデータの一部は、カリフォルニア工科大学、カリフォルニア大学、および米国航空宇宙局の間の科学的パートナーシップとして運営されている民間の501（c）3非営利組織であるケック天文台で取得されました。天文台は、WMケック財団の寛大な財政的支援によって可能になりました。

著者は、マウナケア山頂がハワイ先住民のコミュニティ内で常に持っていた非常に重要な文化的役割と敬意を認識し、認めることを望んでいます。私たちはこの山からの観測を行う機会を得ることができて幸運です。