JWSTは宇宙の網の始まりを見る

宇宙の網は宇宙の大規模な構造です。 ビッグバンから今日まで私たちの宇宙が展開するのを見ることができれば、これらのフィラメント（およびフィラメント間の空隙）が時間の経過とともに形成されるのがわかるでしょう。 現在、JWST を使用している天文学者は、宇宙の始まりからわずか 8 億​​ 3,000 万年後に、この構造の非常に初期のバージョンを形成する 10 個の銀河を発見しました。

「宇宙の網」は、宇宙初期の密度の変動として始まりました。 ビッグバンから数億年後、物質（原始ガスの形）は、初期の格子のプレートとガスフィラメントの接合部で凝縮して結び目になりました。 これらの結び目とフィラメントが最初の星と銀河を形成しました。 当然のことながら、天文学者が過去を振り返るとき、宇宙の網の初期のバージョンを探すことになります。 JWST テクノロジーにより、ビッグバン直後に存在した薄暗く不透明なものを振り返ることができました。

研究チームが観察した10個の銀河は、明るいクエーサーによって束ねられた直径300万光年の細いフィラメントの中に並んでいる。 その外観は、その大きさと宇宙史における位置に研究チームを驚かせました。 「これは、遠方のクエーサーに関連することが人類によって発見された最古の糸状構造の一つです」と、このプログラムの主任研究者であるアリゾナ大学ツーソン校のヴィグ・ワン氏は付け加えた。

初期の宇宙と宇宙の網を理解することを目指す

JWST の観測は、ASPIRE: 再電離時代のバイアス ハローの分光調査と呼ばれるモニタリング プログラムの一部です。 これは、「暗黒時代」の後に宇宙が明るくなり始めた過去に存在した 25 個のクエーサーの画像とスペクトルを使用しています。 その目的は、最初のブラック ホールの誕生だけでなく、可能な限り最も近い銀河の形成を研究することです。 さらに、研究チームは、初期の宇宙がどのようにしてより重い元素（金属）で富化されたのか、そしてそれが再電離の時代にどのように起こったのかを理解したいと考えています。

ASPIRE の目標は、宇宙の起源と進化を理解する上で重要な部分です。 「過去20年間の宇宙論研究により、宇宙の網がどのように形成され、進化したのかについて、確かな理解が得られました。ASPIREは、最古の巨大ブラックホールの出現を現在の宇宙論的構造形成の物語にどのように組み込むことができるかを理解することを目指しています」と説明した。チームメンバー、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のジョセフ・ヘナウィ氏。

初期のブラックホールに焦点を当てる

クエーサーは時間と空間を超えて誘惑します。 それらは、強力なジェットとともに、信じられないほどの量の光やその他の放射を生成する超大質量ブラックホールによって動かされています。 天文学者は、光が通過する広大な宇宙領域を研究する方法としてだけでなく、距離測定のための標準的なキャンドルとしてそれらを使用します。

ASPIRE 研究のクエーサーのうち少なくとも 8 つは、ビッグバンから 10 億年以内に形成されたブラック ホールを持っています。 これらのブラックホールの質量は、太陽の質量の6億倍から20億倍の範囲にあります。 これは本当に非常に巨大で、その急速な成長について多くの疑問が生じます。 このような超大質量ブラックホールがこれほど短時間で形成されるためには、2 つの基準が満たされなければなりません。 まず、超大質量ブラックホールの「種」から成長を始める必要があります。 第二に、たとえこの種が太陽千個に相当する質量で始まったとしても、生涯を通じて可能な最大速度で百万倍の物質を蓄積する必要がある」と王氏は説明した。

これらのブラックホールが成長するためには、大量の燃料が必要でした。 彼らの銀河も非常に巨大であったため、その中心に巨大なブラックホールが存在することを説明できる可能性があります。 これらのブラックホールは多くの物質を吸い込んだだけでなく、その流出も星の形成に影響を与えました。 ブラックホールからの強風は、主銀河での星の形成を妨げる可能性があります。 「このような風は近くの宇宙では観測されているが、再電離の時代には直接観測されていない。風の大きさはクエーサーの構造に関係している」とヤン氏は述べた。 ウェッブの観察では、そのような風が初期の宇宙に存在していたことがわかります。」

なぜ年齢なのでしょうか？

天文学者が再電離の時代に戻りたいと考えているという話をよく聞きます。 なぜこのような不可解な目標があるのでしょうか？ 最初の星や銀河が形成されたときの様子を知ることができます。 ビッグバンの後、誕生したばかりの宇宙は高温で密度の高い状態にありました。 原始宇宙のスープと呼ばれるのを時々聞きます。 その後、拡大が続き、事態は落ち着き始めました。 これにより、電子と陽子が結合して最初の中性ガス原子が形成されるようになりました。 また、ビッグバンによる熱エネルギーの拡散も可能になりました。 天文学者はこの放射線を検出します。 電磁スペクトルのマイクロ波部分では赤方偏移します。 天文学者はこれを宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) と呼んでいます。

初期宇宙のこちら側では、膨張する物質の密度がわずかに変動していました。 その物質は中性水素でした。 まだ星も銀河も存在していませんでした。 しかし、最終的には、これらの高密度領域が重力の影響で凝集し始め、中性物質も凝集し始めました。 これにより高密度領域がさらに崩壊し、最終的に最初の星の誕生につながりました。 彼らは周囲の材料を加熱し、中立ゾーンに穴を開け、光を通過させました。 本質的に、中性ガスのこれらの穴 (または泡) により、電離放射線が宇宙をさらに遠くまで伝わることが可能になりました。 それは再イオン化の時代の始まりでした。 ビッグバンから10億年後、宇宙は完全に電離しました。

では、初期の超大質量ブラックホールはどのように説明できるのでしょうか?

興味深いことに、JWST が発見した初期の銀河は、そのクェーサーとともに、すでにすべて所定の位置にあり、その中心には超大質量ブラック ホールが存在していました。 主な疑問は残ります。なぜ彼らはこれほど急速に大きくなったのでしょうか? それらの存在は、天文学者に、初期の宇宙の「余分な密度」について何かを伝えるかもしれません。 まず、ブラック ホールの「種」が形成されるには、銀河で満たされた高密度の領域が必要です。

しかし、これまでのところ、JWST の発見以前の観測では、最古の超大質量ブラック ホールの周囲で銀河密度が増加していることがわずかに発見されているだけです。 天文学者はその理由を説明するために、この時代にさらに多くの観測を行う必要があります。 ASPIRE プログラムは、この宇宙の非常に初期の時代における銀河形成とブラックホール生成の間のフィードバックに関する疑問の解決に役立つはずです。 その過程で、宇宙の宇宙の網の大規模な構造が形成されていく過程のさらに多くの断片も観察できるはずです。

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