ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡が最も遠い銀河を検出

天文学者は、JWST によって発見され、確認された最も遠い既知の銀河を報告しています。

天文学者の国際チームは、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) からのデータを使用して、これまでに確認された最も古く、最も遠い銀河を発見しました。 この望遠鏡は、これらの銀河が発する光を 134 億年以上前に捉えました。これは、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ことを意味します。

JWST からの最初の観測では、ハッブル宇宙望遠鏡での以前の観測と同様に、遠く離れたいくつかの候補銀河が得られました。 現在、これらのターゲットのうち 4 つは、長時間の分光観測によって確認されており、それらの距離を安全に測定できるだけでなく、天文学者が銀河の物理的特性を特徴付けることができます。

カリフォルニア大学サンタクルーズ校の天文学と天体物理学の教授であるブラント・ロバートソン氏は、「私たちは遠い宇宙で驚くほど早い時期に銀河を発見しました。 「JWST を使用すると、これほど遠くにある銀河を初めて見つけて、それらが本当に遠くにあることを分光法で確認できるようになりました。」

天文学者は、その赤方偏移を決定することによって、銀河までの距離を測定します。 宇宙の膨張により、遠くにある物体は遠ざかるように見え、その光はドップラー効果によってより長く、より赤い波長に引き伸ばされます。 さまざまなフィルターを介してキャプチャされた画像に基づく測光技術は、赤方偏移の推定値を提供できますが、最終的な測定には、オブジェクトからの光を成分波長に分離する分光法が必要です。

(画像をクリックすると完全なグラフが表示されます。) 宇宙は膨張しており、その膨張は、宇宙の赤方偏移として知られる現象で宇宙を移動する光を膨張させています。 赤方偏移が大きいほど、光が移動した距離が長くなります。 その結果、最初の銀河と最も遠い銀河からの光を見るには、赤外線検出器を備えた望遠鏡が必要です。 クレジット: NASA、ESA、L. Hustak (STSci)

新しい結果は、赤方偏移が 10 を超える 4 つの銀河に焦点を当てています。最初にハッブルによって観測された 2 つの銀河では、赤方偏移が 10.38 と 11.58 であることが確認されました。 どちらも JWST 画像で検出された 2 つの最も遠い銀河の赤方偏移は 13.20 と 12.63 であり、現在までに分光法によって確認された最も遠い銀河となっています。 13.2 の赤方偏移は、約 135 億年に相当します。

「これらは、JWSTの前に発見されたと想像していたよりもはるかに遠いものです」とRobertson氏は述べています. 赤方偏移 13 では、宇宙の年齢はわずか 3 億 2500 万年です。

ハートフォードシャー大学 (英国) の Robertson と Emma Curtis Lake は、まだ査読プロセスを経ていない調査結果に関する 2 つの論文の筆頭著者です (以下のリンクを参照)。

この観測は、Webb の 2 つの搭載機器である近赤外線カメラ (NIRCam) と近赤外線分光放射計 (NIRSpec) の開発を主導した科学者の共同作業の成果です。 より暗い、より古い銀河の探索が、これらの装置のコンセプトの主な原動力でした。 2015 年、機器チームは協力して 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、望遠鏡で 1 か月強かかり、これまでにない深さ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。 と詳細。 JADES は、10 か国から 80 人以上の天文学者が参加する国際共同研究です。

「これらの結果は、NIRCam チームと NIRSpec が協力してこの監視プログラムを実施した理由の集大成です」と、アリゾナ大学の NIRCam の主任研究者である Marcia Rieke は述べています。

JADES プログラムは NIRCam で始まり、10 日以上のミッション時間を使用して、ハッブル超深度フィールドとその周辺の空の小さなパッチを観察しました。 天文学者は、ほぼすべての大型望遠鏡を使用して、この領域を 20 年以上研究してきました。 JADES チームは、9 つ​​の異なる範囲の赤外線波長でフィールドを観察し、それぞれ数十億光年離れた 100,000 近くの銀河を明らかにする驚くべき画像をキャプチャしました。

その後、チームは NIRSpec 分光計を 3 日間の 1 回の観測期間に使用して、250 個のかすかな銀河から光を収集しました。 これにより正確な赤方偏移が測定され、これらの銀河のガスと星の特性が明らかになりました。

「これらの測定により、銀河の固有の明るさを知り、それらが持つ星の数を知ることができます」とロバートソンは言いました. 「これで、銀河が時間の経過とともにどのように集まるかを実際にマッピングし始めることができます。」

共著者である英国ケンブリッジ大学のサンドロ・テキーラ氏は、「進化の初期段階を理解せずに銀河を理解することは困難です。人間と同様に、後に起こることの多くは、これらの初期世代の星の影響に依存します。 . 銀河に関する多くの疑問が変革の機会を待っています. ウェッブ、そして私たちはこの物語を明らかにすることに参加できることに興奮しています.

ロバートソン氏によると、これらの初期の銀河での星形成は、観測された年齢よりも約 1 億年前に始まり、最初の星の形成は約 2 億 2500 万年後になったと考えられます。[{” attribute=””>Big Bang.

“We are seeing evidence of star formation about as early as we could expect based on our models of galaxy formation,” he said.

Other teams have identified candidate galaxies at even higher redshifts based on photometric analyses of JWST images, but these have yet to be confirmed by spectroscopy. JADES will continue in 2023 with a detailed study of another field, this one centered on the iconic Hubble Deep Field, and then a return to the Ultra Deep Field for another round of deep imaging and spectroscopy. Many more candidates in the field await spectroscopic investigation, with hundreds of hours of additional time already approved.

For more on this research, see NASA’s Webb Space Telescope Discovers Earliest Galaxies in the Universe.

References:

“Discovery and properties of the earliest galaxies with confirmed distances” by B. E. Robertson, S. Tacchella, B. D. Johnson, K. Hainline, L. Whitler, D. J. Eisenstein, R. Endsley, M. Rieke, D. P. Stark, S. Alberts, A. Dressler, E. Egami, R. Hausen, G. Rieke, I. Shivaei, C. C. Williams, C. N. A. Willmer, S. Arribas g, N. Bonaventura, A. Bunker, A. J. Cameron, S. Carniani, S. Charlot, J. Chevallard, M. Curti, E. Curtis-Lake, F. D’Eugenio, P. Jakobsen, T. J. Looser, N. Lützgendorf, R. Maiolino, M. V. Maseda, T. Rawle, H.-W. Rix, R. Smit, H. Übler, C. Willott, J. Witstok, S. Baum, R. Bhatawdekar, K. Boyett, Z. Chen, A. de Graaff, M. Florian, J. M. Helton, R. E. Hviding, Z. Ji, N. Kumari, J. Lyu, E. Nelson, L. Sandles, A. Saxena, K. A. Suess, F. Sun, M. Topping and I. E. B. Wallace, 17 November 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04480

“Spectroscopic confirmation of four metal-poor galaxies at z=10.3-13.2” by Emma Curtis-Lake, Stefano Carniani, Alex Cameron, Stephane Charlot, Peter Jakobsen, Roberto Maiolino, Andrew Bunker, Joris Witstok, Renske Smit, Jacopo Chevallard, Chris Willott, Pierre Ferruit, Santiago Arribas, Nina Bonaventura, Mirko Curti, Francesco D’Eugenio, Marijn Franx, Giovanna Giardino, Tobias J. Looser, Nora Lützgendorf, Michael V. Maseda, Tim Rawle, Hans-Walter Rix, Bruno Rodriguez del Pino, Hannah Übler, Marco Sirianni, Alan Dressler, Eiichi Egami, Daniel J. Eisenstein, Ryan Endsley, Kevin Hainline, Ryan Hausen, Benjamin D. Johnson, Marcia Rieke, Brant Robertson, Irene Shivaei, Daniel P. Stark, Sandro Tacchella, Christina C. Williams, Christopher N. A. Willmer, Rachana Bhatawdekar, Rebecca Bowler, Kristan Boyett, Zuyi Chen, Anna de Graaff, Jakob M. Helton, Raphael E. Hviding, Gareth C. Jones, Nimisha Kumari, Jianwei Lyu, Erica Nelson, Michele Perna, Lester Sandles, Aayush Saxena, Katherine A. Suess, Fengwu Sun, Michael W. Topping, Imaan E. B. Wallace and Lily Whitler, 8 December 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04568