2022 年に地球にデータを送信し始めて以来、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は天文学に多大な影響を与えてきました。その最も革新的な成果の 1 つは、これまでに観測された中で最も遠い銀河のいくつかを観測したことです。 しかし、光は瞬間的に伝わるのではなく、むしろ真空中を毎秒約 3 億メートル (9 億 8,500 万フィート) の速度で移動するため、私たちはこれらの銀河を今日の姿ではなく、数十億年前の姿で見ることができます。
さらに、宇宙の年齢は約138億年と推定されています。 したがって、私たちが見ることを期待できる最も遠い銀河は、138 億光年以内の距離にあると想定する必要があります。 （光年とは、光が1年間に進む距離のことです。） この点は、ある種の「宇宙の地平線」であるはずであり、それ以上の望遠鏡は見ることができません。 光の速度より速く宇宙を移動できるものは何もないため、これは、138 億光年よりも遠い銀河は存在しないはずであり、時間の経過とともに私たちから遠ざかると地球に影響を与える可能性があることを意味します。 そうではありませんか？
間違い。 宇宙がこんなに単純だったら。
「宇宙の地平線は、情報を取得できる最大の距離です」と、JWST先端銀河系外探査(JADES)チームの一員であるアリゾナ大学の天文学者ジェイク・ヒルトンはSpace.comに語った。
「いくつかの異なる宇宙の地平線があり、それぞれに異なる定義があり、異なる宇宙の量に依存します。ここで最も重要なのは、宇宙の地平線であり、宇宙の地平線は、宇宙の生涯に光が到達できる最大距離を表します。」これが宇宙を定義します。
「目に見える宇宙の果て」。
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2024 年 3 月、JADES の科学者は、強力な望遠鏡が、人類がこれまでに見た中で最も遠い最古の銀河である JADES-GS-z14-0 を発見したことを明らかにしました。 しかし皮肉なことに、JADES-GS-z14-0は約338億光年離れたところに位置しています。
宇宙の年齢では私たちに届くことができないほど遠く離れた物体から来る光をどのようにして見ることができるのでしょうか? JADES-GS-z14-0 の位置が 338 億光年離れているということは、私たちがそれを 338 億年前の状態で見ているということを意味しませんか。これは間違いなく宇宙の年齢の推定に疑問を投げかけることになるでしょう。
そうではありません。 もう一度言いますが、これは宇宙が合理的で論理的な結論をひっくり返す方法を持っているという証拠です。
「私たちから138億光年以上離れていて、その光が私たちに届くまでに宇宙の年齢よりも長い時間がかかったように見えるJADES-GS-z14-0のような遠方の銀河をどうやって観測できるのでしょうか？」 ヒルトンは修辞的に尋ねた。 「答えは宇宙の膨張です。」
時間そのものよりも大きな銀河を見る
宇宙が静止していれば、338 億光年離れた銀河からの光が私たちに届くまでに 338 億年かかります。 しかし、1900 年代初頭、エドウィン ハッブルは、遠くにある銀河が互いに遠ざかっていくように見え、銀河間の距離が離れるほど、銀河の移動速度が速くなることを発見しました。 言い換えれば、宇宙は静的なものではありません。 拡大してますね。
20世紀が終わりに近づいた1998年、2つの別々の天文学者チームが宇宙が膨張しているだけでなく、膨張が加速していることを観察したとき、問題はさらに複雑になった。 実際、これに関与する力は依然として謎に包まれていますが、それは「暗黒エネルギー」と呼ばれています。
138億年の宇宙の歴史には、大きく分けて2つの膨張期があります。 1 つ目は、現在一般に「ビッグバン」と呼ばれている急速な宇宙インフレーションの初期期間です。
このインフレーション時代には、宇宙のサイズが 10^26 (10 の後に 25 のゼロが続く) 倍に増加しました。 これは、爪が毎秒 1 ナノメートルから突然 10.6 光年 (62 ナノメートル) まで成長することに相当します。 兆 宇宙の長さは120万マイルです。 この時代、宇宙はエネルギーによって支配されており、この時代はエネルギー支配の時代として知られています。
これに続いて、ビッグバンから 47,000 年後に始まった物質支配の時代が始まりました。 最終的に、宇宙膨張により宇宙はクォークやグルーオンから陽子が形成できるほど冷却され、陽子は電子と結合して最初の水素原子を形成し、これが最初の星や銀河を形成しました。 この期間中、ビッグバンによる宇宙の膨張はほぼ停止するまで減速しました。
物質が優勢な時代は、宇宙が誕生してから100億年未満になったときに突然終わりを迎えました。 このとき、宇宙は突然再び急速に膨張し始めました。 さらに、この拡大はますます速くなり、現在でも加速し続けています。 宇宙のこの 3 番目の重要な期間は、暗黒エネルギー支配の時代と呼ばれます。 これが私たちが現在生きている時代です。
これらの宇宙膨張期間のおかげで、JADES-GS-z14-0 からの光は、その源が現在 135 億光年よりはるかに離れているにもかかわらず、JWTS と地球に到達したのは 135 億年間だけです。 これは、ジェームズ ウェッブ望遠鏡がビッグバンから 3 億年後の JADES-GS-z14-0 を観測していることを意味します。 宇宙の膨張がなければ、JADES-GS-z14-0 は依然として約 135 億光年離れたところにあるでしょう。ただし、近くの銀河に近づいたり遠ざかったりする小さな局所運動はまだあったでしょう。 しかし、そのような銀河の動きは、宇宙の膨張によって引き起こされるものには程遠いものでした。
ヒルトンによれば、宇宙の地平線、または「光子の地平線」は、約 461 億光年離れたところに境界を持つ球体であり、その数値は宇宙の膨張によって決まります。 これは実際の地平線であり、それを超えて銀河を「見る」ことはできません。 銀河 JADES-GS-z14-0 はすでにこの地平線の中にあります。
混乱を避けるために、天文学者は実際に距離を測定するために 2 つの尺度を使用します。1 つは要素として宇宙の膨張を除いた共運動距離、もう 1 つはそれを含む適切な距離です。 これは、JADES-GS-z14-0の共運動距離が135億光年であるのに対し、その適正距離は338億光年であることを意味する。
ただし、遠くにある古代の JADES-GS-z14-0 やその他の銀河が常に見えるとは限りません。
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を所有できて幸運です
ジェームズ・ウェッブ望遠鏡がガディス-GS-Z14-0銀河を見ることができるという事実は、この銀河がかつて地球と局地宇宙と「因果的につながっていた」ことを意味します。 言い換えれば、ガディス-GS-Z14-0銀河からの信号は天の川銀河の私たちに届いた可能性があり、したがって、太古の昔に存在したこの銀河の「原因」が私たちの銀河にも「影響」を及ぼしている可能性があります。 . 宇宙の現代。
「観測可能な銀河はどれも粒子の地平線内にあるはずで、宇宙の歴史のある時点で私たちと因果関係があるはずだ」とヒルトン氏は言う。
しかし、今はそうではありません。 JADES-GS-z14-0 や JADES によって発見されたその他の銀河は、現在非常に遠くにあり、暗黒エネルギーのおかげで急速に遠ざかっているため、今日ではそれらからの信号は私たちに届きません。 これは、フォトンの地平線が光の速度で私たちから遠ざかっているためですが、JADESにとって、フォトンの地平線は光の速度で私たちから遠ざかっているからです。 本当に 遠くの天体、天の川とそれらの銀河の間の空間は拡大しています もっと早く 光の速さから。
アルバート・アインシュタインの特殊相対性理論は光の速度を普遍的な速度制限として設定しているため、これは信じられないように思えるかもしれません。 ただし、これは移動質量を持つ物体に対する規則です。 その間 空間、空間そのものの構造の基礎ではありません。
地球と人類が消滅してから約 2 兆年後、宇宙の拡大は、天の川銀河で私たちに取って代わるいかなる知的種も (もしそれが起こったとしても)、私たちのローカルグループの外に存在する銀河を見ることができなくなることを意味します。直径は約10メートル、数百万光年です。
これは衝撃的なアイデアであり、人類は、最も遠い銀河がまだ私たちの視界内にある宇宙の歴史のユニークな時点に住んでいることを意味します。 私たちは、宇宙とその起源について、後に続くかもしれないどの知的生命体よりも詳しく知ることができます。 ヒルトンを含む天文学者は、この宇宙の特権を最大限に活用するためにジェームズ・ウェッブ望遠鏡を使用することを計画しています。
「JWSTとJADESコラボレーションとの連携は素晴らしいものでした」とヒルトン氏は語った。 「JWST を使用して科学に関する研究論文を執筆しています。たとえば、次のような最近の論文です。
JADES-GS-z14-0 は最もエキサイティングでやりがいのある経験でした
「私の研究者としてのキャリアから」
「主催者。ポップカルチャー愛好家。熱心なゾンビ学者。旅行の専門家。フリーランスのウェブの第一人者。」
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