ウェッブが初期宇宙の巨人を明らかにする

最初の銀河の 1 つの詳細な画像は、宇宙初期の成長が当初考えられていたよりもはるかに速かったことを示しています。

天文学者たちは現在、初期宇宙の多くの謎を調査し、実り多い発見の時期を楽しんでいます。

NASA のハッブル宇宙望遠鏡の後継機であるジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) の打ち上げの成功により、私たちが見えるものの限界が押し広げられました。

現在の観測は、宇宙が現在の年齢の 5 パーセント未満であったビッグバン後の最初の 5 億年に入ります。 人間にとって、今回は宇宙をしっかりと幼児期に置くことになる。

しかし、新しい観測により、このような初期の時期にこれまで予想されていたよりも大質量で成熟した銀河が明らかになり、銀河の形成と進化に関する私たちの理解を書き換えるのに役立つため、私たちが観察している銀河は確かに幼児的ではありません。

私たちの国際研究チームは最近、既知の最古の銀河の 1 つである Gz9p3 について前例のない詳細な観測を行い、現在、 自然天文学。

その名前の由来は、 ガラスのコラボレーション (私たちの国際研究チームの名前) そして、銀河の赤方偏移が z=9.3 であるという事実。赤方偏移は物体までの距離を表す 1 つの方法であるため、G と z9p3 です。

Gz9p3 は、宇宙の最初の 5 億年で知られている最も明るい合体銀河です (ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡で観測)。 左: ライブイメージングでは、中央領域内の二重核が示されています。 右: 明るい断面の特徴から、銀河の合体によって生じた細長く塊状の構造が明らかになります。 クレジット: NASA

わずか 2 年前、Gz9p3 は単一の光点として出現しました。 ハッブル宇宙望遠鏡。 しかし、使用して ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 この天体を5億1000万年後の姿で観察できる 大爆発、約130億年前。

私たちは、Gz9p3 がこのような若い宇宙として予想されていたよりも大きく成熟しており、実際に数十億の星を含んでいることを発見しました。

これはそれ以降に確認された天体としてはこれまでのところ最も巨大で、宇宙初期に発見された他の銀河よりも10倍大きいと計算された。

これらの結果を総合すると、銀河がこの大きさに達するには、星は当初考えられていたよりも速く、より効率的に進化したに違いないことを示唆しています。

宇宙初期の最も遠い銀河の合体

Gz9p3 は巨大であるだけでなく、その複雑な形状から、これがこれまでに観察された最古の銀河合体の 1 つであることがすぐにわかります。

銀河の JWST 画像では、相互作用する 2 つの銀河に典型的に関連する形態が示されています。 まだ 2 つのコンポーネントが表示されているため、合併は完了していません。

2 つの巨大な物体がこのように結合すると、その過程で何らかの物質が取り除かれます。 したがって、この廃棄された資料は、私たちが観察したものは、これまでで最も遠い合併の1つであることを示唆しています。

ジェームズ・ウェッブ望遠鏡は、これまでに宇宙に打ち上げられたこの種の機器の中で最大かつ最も強力な装置で、金の層で覆われた 18 枚の六角形の鏡でできた長さ 6.5 メートルの主鏡を使用して、宇宙の最古の画像の一部を生成します。 画像クレジット: NASA GSFC/CIL/アドリアナ・マンリケ・グティエレス

次に、私たちの研究はさらに深く掘り下げられ、合体銀河を構成する星団の特徴を明らかにしました。 JWSTを使用して調べることができました 銀河のスペクトル、プリズムが白色光を虹に分割するのと同じ方法で光を分割します。

イメージングのみを使用する場合、これらの非常に遠い天体のほとんどの研究では、非常に若い星のみが表示されます。これは、若い星ほど明るいため、その光がイメージング データを支配するためです。

たとえば、銀河の合併によって誕生した、年齢数百万年未満の聡明な若い人口は、すでに年齢が1億歳を超えている高齢の人口を上回っています。

使用して スペクトル解析技術 非常に詳細な観察結果を生成できるため、2 つのグループを区別できます。

初期宇宙の新しいモデル

初期の星がこの宇宙時代までに十分な年齢になるまでに形成された経緯を考えると、これほど多くの高齢者集団が存在することは予想できなかったでしょう。 分光法は非常に詳細なため、古代の星の微妙な特徴を確認することができ、そこにはあなたが思っているよりも多くのものが存在することがわかります。

スペクトルで検出された特定の元素 (シリコン、炭素、鉄など) は、銀河に豊富な化学物質を豊富に含むために、この古い集団が存在しなければならないことを明らかにしています。

驚くべきは銀河の大きさだけではなく、この化学的に成熟した状態に至るまでの成長速度も驚くべきことです。

これらの観測は、進行中の銀河合体に関連したビッグバン直後の星と金属の急速かつ効率的な降着の証拠を提供し、数十億個の星を含む大規模な銀河が予想より早く存在したことを示している。

この観測は、ビッグバンの直後に星や金属が急速かつ効率的に降着したことを示す証拠を提供する。 画像クレジット: NASA、ESA、ジェニファー・ラッツ (STScI)、マット・マウンテン (STScI)、アントン M. コイキモア (STScI)、HFF チーム (STScI)

孤立した銀河は星の集団を形成する 現場で しかし、ガスの供給が限られているため、銀河の成長が遅くなる可能性があります。

銀河間の相互作用は純粋なガスの新しい流れを引き寄せ、急速な星形成に必要な燃料を提供することができ、合体は質量の降着と成長のためのより迅速な経路を提供します。

現代の宇宙で最大の銀河には、私たち自身の銀河も含めて合体の歴史があります。 天の川 より小さな銀河との相次ぐ合体を経て、現在の大きさにまで成長しました。

Gz9p3 のこれらの観察は、初期宇宙において銀河が合体を通じて急速に質量を蓄積することができ、星形成効率が予想よりも高かったことを示しています。

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用したこれらおよびその他の観測は、天体物理学者に宇宙初期のモデルの修正を促しています。

私たちの宇宙論が必ずしも間違っているわけではありませんが、銀河の形成速度についての理解は間違っている可能性があります。なぜなら、銀河は私たちが考えているよりもはるかに大きいからです。

これらの新たな発見は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による科学観測が2年を迎えるという良い時期に行われた。

観測される銀河の総数が増加するにつれ、初期宇宙を研究する天文学者たちは、発見段階から、新しいモデルの構築と改良を始めるのに十分な大きさのサンプルが得られる段階に移行しつつあります。

初期宇宙の秘密を理解するのにこれほど刺激的な時期はありません。

参考文献: 「ビッグバン後 5 億 1,000 万年後の巨大相互作用銀河」クリスタン・ボイエット、ミケーレ・トリンティ、ニシャ・リソカワリット、アントネッロ・カラブロ、ベンジャミン・メタ、グイド・ロバーツ・ボルサーニ、ニッコロ・ダルマソ、リラン・ヤン、パオラ・サンティーニ、トンマーソ・トリオ、タッカー・ジョーンズ著。 アレイナ・ヘンリー、シャーロット・A. メイソン、森下貴裕、テミア・ナナヤッカラ、ナムラタ・ロイ、チェン・ワン、アドリアーノ・フォンタナ、エミリアーノ・マーリン、マルコ・カステラーノ、ディエゴ・パリス、マルシャ・ブラダック、マット・マルカン、ダニーロ・マルケジーニ、サラ・マスシア、カール・グレズブルック、ローラ・ピンテリチ。 、エロス・ヴァンゼラとベネデッタ・ヴルカーニ、2024年3月7日、 自然天文学。
土井: 10.1038/s41550-024-02218-7

この研究は、マイケル・トリニティ教授とベンジャミン・ミーサ教授を含むチームとともにケイト・ボイエット博士が主導した。 ニッコロ・ダルマーソ こちらもメルボルン大学出身で、 3 次元の全天天体物理学の ARC センター オブ エクセレンス (ASTRO 3D)。 国際研究チームが結成される オーストラリア、タイ、イタリア、米国、日本、デンマーク、中国の 19 機関からの 27 名の著者。