CfA の科学者が遠方の銀河の探索で新たなマイルストーンに到達するのを支援

CfA の科学者が遠方の銀河の探索で新たなマイルストーンに到達するのを支援
12.09.22 ニュースリリース
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Webb が撮影した新しい分光データによると、観測された 4 つの銀河は、ビッグバンから 4 億年以内にさかのぼります。


NASA、ESA、CSA、および STScI、M. Zimani (ESA/Webb)
編集者注:この投稿は、まだ査読プロセスを経ていない進行中の Webb 科学からのデータを強調しています。
マサチューセッツ州ケンブリッジ-- 天体物理学センターの 2 人を含む国際的な天文学者チーム| ハーバード大学とスミソニアン大学は、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡からのデータを使用して、まだ確認されている最古の銀河の発見を報告しました。これらの銀河からの光が地球に到達するまでに 134 億年以上かかりました。これらの銀河は、ビッグバンから 4 億年も経たないうちにさかのぼります。これは、現在の宇宙の年齢のわずか 2% に相当します。
ウェッブ画像は、以前にそのような幼児銀河の候補を提供していました。現在、この初期の時代は、これらの信じられないほどかすかな銀河から発せられる微量の光の特徴的なパターンを明らかにする長時間の分光観測を使用して、4 つの銀河で確認されています。
天体物理学センター (CfA) の研究者であるベンジャミン・ジョンソンは、「分光学的確認は証明のゴールド スタンダードです」と述べています。「これらの観測は、これらの 4 つの銀河が、宇宙の銀河に対する私たちの視野の遠いフロンティアから来たものであることを明確に示しています。」


JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) は、ハッブル宇宙望遠鏡のウルトラ ディープ フィールド内およびその周辺に焦点を当てました。Webb の NIRCam 装置を使用して、科学者は 9 つの異なる赤外線波長範囲でフィールドを観察しました。これらの画像 (左図) から、研究チームは、赤外線で見えるが臨界波長でスペクトルが突然カットオフするかすかな銀河を探しました。Webb の NIRSpec 装置は、各銀河の赤方偏移を正確に測定しました (右図を参照)。調査された銀河のうち 4 つは特に特別で、前例のないほど初期の時代にあることが明らかになりました。これらの銀河は、宇宙が現在の年齢のわずか 2% だったビッグバンから 4 億年も経っていない時代にさかのぼります。背景画像の青は 1.15 ミクロン (115W) の光を表し、緑は 2 を表します。0 ミクロン (200W)、赤は 4.44 ミクロン (444W) です。カットアウト イメージでは、青は 0.9 および 1.15 ミクロン (090W+115W) の組み合わせ、緑は 1.5 および 2.0 ミクロン (150W+200W)、赤は 2.0、2.77、および 4.44 ミクロン (200W+277W+444W) です。
クレジット: NASA、ESA、CSA、および STScI、M. Zimani (ESA/Webb)、L. Hustak (STScI)
この観測は、ウェッブに搭載された近赤外線カメラ (NIRCam) と近赤外線スペクトログラフ (NIRSpec) の 2 つの機器の開発を主導した科学者の協力の結果です。最も暗い銀河と初期の銀河の調査が、これらの装置のコンセプトの背後にある主な動機でした。2015 年には、CfA での最初の計画会議から始めて、機器チームが協力して、JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) を提案しました。この野心的なプログラムは、2 年間に広がる 1 か月強の望遠鏡時間に割り当てられています。
今日、JADES は 10 か国の 80 人以上の天文学者による国際的な共同作業であり、前例のない深さと詳細の両方で初期の宇宙のビューを提供するように設計されています。
「ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、銀河の形成初期の瞬間を見ることができるように作られました」と、ハーバード大学の天文学教授であり、CfA の研究者であり、2001 年から NIRCam 機器チームのメンバーで銀河外テーマのリーダーであるダニエル・アイゼンスタインは言います。「私たちは、ミッションの最初の年に限界を押し上げるように JADES を設計しました。20 年以上にわたる計画と開発の後、望遠鏡と私たちのプログラムが実を結ぶのを見るのは素晴らしいことです。」
これらの JADES 観測は、NASA/ESA ハッブル宇宙望遠鏡のウルトラ ディープ フィールドに焦点を当てた、これまでに得られた最も感度の高い赤外線画像と分光法を利用しています。20 年以上にわたり、この空の小さな一区画は、ほぼすべての大型望遠鏡の対象となっており、電磁スペクトル全体にわたる非常に機密性の高いデータ セットを構築しています。現在、Webb は独自のビューを追加しており、これまでに得られた最も淡く鮮明な画像を提供しています。
これらの画像から、初期宇宙の銀河は、その多波長色の特徴によって区別することができます。宇宙が膨張するにつれて光の波長が引き伸ばされ、これらの最も若い銀河からの光は最大 14 倍引き伸ばされています。天文学者は、赤外線で見えるが、その光が臨界波長で突然遮断されるかすかな銀河を探します。各銀河のスペクトル内のカットオフの位置は、宇宙の膨張によってシフトします。JADES チームは Webb の画像を精査して、これらの特徴的な候補を探しました。
55 時間の分光露出を使用して、チームは 250 のかすかな銀河から光を収集し、天文学者が各銀河の原子によってスペクトルに刻印されたパターンを研究できるようにしました。これにより、各銀河の赤方偏移が正確に測定され、これらの銀河のガスと星の特性が明らかになりました。
調査された銀河のうち 4 つは特に特別で、前例のないほど初期の時代にあることが明らかになりました。その結果、これら 4 つの銀河が赤方偏移 13 の 2 つを含め、赤方偏移 10 を超える赤方偏移にあることが分光学的に確認されました。
天文学者は、Webb の絶妙な感度と汎用性を使用して、この分光学的マイルストーンを構築し、これらの初期銀河の特性が現在までの銀河進化の舞台をどのように設定したかを調査します。
JADES は 2023 年も別の分野の詳細な研究を続けます。これは象徴的なハッブル ディープ フィールドを中心としたもので、その後ウルトラ ディープ フィールドに戻って深層イメージングと分光法をもう一度行います。この分野ではさらに多くの候補が分光調査を待っており、数百時間の追加時間がすでに承認されています。
Eisenstein と Johnson に加えて、3 人のハーバード大学の学部生 — Katie Sharpe、Maya Skarbinski、および Natalia Villanueva — は現在、JADES データを使用して上級論文を作成しており、2 人の最近の CfA ポスドク研究者 — Sandro Tacchella と Erica Nelson — は、調査。CfA グループは、プログラムの画像解析ソフトウェアの開発に積極的に取り組んでいます。
JADES の結果は、プレプリント サーバー arXiv で入手できる 2 つの新しい科学論文で説明されています。

ウェッブ望遠鏡について
ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡は、世界有数の宇宙科学天文台です。ウェッブは、太陽系の謎を解き明かし、他の星の周りの遠い世界を見渡し、神秘的な構造と宇宙の起源、そして宇宙における私たちの場所を探ります。Webb は、NASA がパートナーの ESA (欧州宇宙機関) および CSA (カナダ宇宙機関) と共に主導する国際的なプログラムです。
天体物理学センターについて | ハーバードとスミソニアン
天体物理学センター | Harvard & Smithsonian は、ハーバードとスミソニアンの共同研究で、宇宙の性質に関する人類の最大の未解決の問題に問いかけ、最終的には答えることを目的としています。天体物理学センターはマサチューセッツ州ケンブリッジに本部を置き、米国および世界中に研究施設を持っています。