ハッブル宇宙望遠鏡の高解像度、大口径、極度の精度により、宇宙の最も暗い範囲から光子を引き出すことができ、それ以前のどの可視望遠鏡よりも遠くを見ることができます.
これらの遠方の銀河や星からの光が虚空を横切るのに何十億年もかかったので、私たちはそれらを数千年前、宇宙の初期の時代にさかのぼって見ています.
「私たちは、最も遠い銀河の性質を、空間と時間において私たちの近くにある銀河と比較して、それらが異なるかどうかを確認することができます.実際、そうです」と、ハッブルのシニア プロジェクト サイエンティストであるジェニファー ワイズマンは言います。 「ハッブルの最も深い貢献は、宇宙が時間の経過とともにどのように変化したかを明らかにしたことだと思います。」
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ハッブル ディープ フィールドの画像ほど、この機能がよく示されている場所はありません。これらの最初のものは 1995 年に撮影されたもので、望遠鏡が 100 時間 (通常より何倍も長い時間) 長時間露光を行ったときに、一見空白の空が広がっています。
当時、一部の天文学者は、この画像は貴重なハッブル時間の無駄だと主張していましたが、画像がまとめられたとき、それらが間違っていることがすぐに証明されました.
この最初の画像には約 3,000 の銀河が含まれており、その一部は最初の星が形成されていた時期にさかのぼります。これらは現在のものよりも小さく、より不規則であるように見え、銀河が時間とともに変化することを示しています.
超新星と暗黒エネルギー
ハッブルの鋭い目は、これらの遠方の銀河を理解することができましたが、これらの遠く離れた星の集団がどれだけ離れているかを正確に理解する上でも重要でした.
「ハッブルは、天文学者が遠く離れた銀河までの距離を測定するために使用する Ia 型超新星を観測しています」とワイズマンは言います。
これらの Ia 型超新星は常に同じ明るさで爆発するため、地球からの見かけの明るさを測定することで、天文学者は超新星とそれらが発生した銀河の距離を知ることができます。これらの距離を計算することは、ハッブルの主な科学目標の 1 つである、宇宙の膨張率を測定することの重要な部分です。
「エドウィン ハッブルが 1 世紀前に銀河が後退していることを示す観測を行って以来、私たちは宇宙が膨張しているように見え、その空間が伸びているように見えることを知っていました」とワイズマンは言います。
「しかし、正確な距離測定が必要なため、その膨張の実際の速度を測定することは困難でした。ハッブルは、これらの観測をますます高精度で行うのに役立ち、宇宙の膨張が実際に加速していることを認識するという最も影響力のある貢献の 1 つにつながりました。」
1998 年に 2 つの独立したチームがこの加速を発見したとき、天文学者は驚きました。誰もが、ビッグバンの後、膨張は減速して停止するか、安定した速度で横ばいになると想定していました。拡大が加速している場合、疑問が生じます:何が加速しているのか?
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「まだ完全には理解できていません」と Wiseman は言います。 「これは天体物理学の非常にホットなトピックです。私たちはこれを暗黒エネルギーと呼んでおり、ハッブルはその研究において重要な役割を果たしてきました。」
今日、天文学者は、暗黒エネルギーが宇宙の約 75% を占めていると考えています。残りのごく一部は、雲の中で光ったり、星の中で燃えたりするガスやちりなどの発光物質で構成されています。残りの 24% は暗黒物質であり、私たちの宇宙を通り抜け、銀河と星の間に広がるもう 1 つの神秘的な物質です。
暗黒物質と重力レンズ
この暗黒物質は、通常の物質のように光と相互作用しないため、通常の望遠鏡では完全に見えません。しかし、それは重力によって目に見える宇宙と相互作用します。つまり、ハッブルはこの「目に見えない」物質を光の中に持ち込むことができます.
「どんな種類の質量も時空を歪めます」とワイズマンは言います。 「非常に大量の質量のコレクションがある場合、その歪みは実際に観察するのに十分なほど重大な現象を引き起こす可能性があります。」
この効果は重力レンズ効果として知られており、遠くの銀河からの光が銀河団などの巨大な物体の重力によって曲げられます。しかし、このプロセスは完全ではなく、遠方の銀河からの光が地球に到達するまでには、通常、ひどく歪んでいます.
「ハッブルは、これらの歪んだ光の弧を検出するために銀河団を観察するために使用されています」とワイズマンは言います。 「銀河団の重力レンズ作用を調べることで、これらの銀河団に質量がどのように分布しているかを知ることができます。」
この質量の大部分は暗黒物質です。銀河がどれだけ歪んでいるかを見ることで、天文学者は謎の物質が宇宙全体にどのように分布しているかを突き止めることができます.
超大質量ブラックホールの発見
ハッブルが解明に貢献したもう 1 つの一見見えない物体は、超大質量ブラック ホールです。これらの高密度天体は、太陽の数十億倍の質量があり、ほとんどの銀河の中心にあると考えられています。
ハッブル以前は、これらのブラック ホールは完全に理論上のものでした。それらの存在の唯一の証拠は、クエーサーとして知られる遠方の銀河の電波観測でした。クエーサーには、太陽系とほぼ同じサイズの天体が含まれていましたが、宇宙で知られている他のどの天体よりも明るく輝いていました。
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ハッブルは、電波放射がそれらを保持する銀河の中心から来ていることを決定することができました。おそらく、巨大なブラック ホールの周りを渦巻くときに激しく加熱された非常に高温のガスからのものです。
1997 年には、ハッブルに宇宙望遠鏡イメージング分光器が設置されました。この装置は、銀河の中心に近い領域を見るのにはるかに優れており、ブラックホールの近くの軌道にある星の急速な動きを確認することができました.この装置はすぐにそれらを発見し、超大質量ブラック ホールの存在を決定的に証明しました。
過去 30 年間、ハッブル宇宙望遠鏡は、天文学者が宇宙の最も深いところから光子を引き出すのを助け、さらには光が輝かない宇宙の場所を照らし、宇宙の最も暗い秘密を明らかにするのに役立ちました.
- この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 348 号に最初に掲載されました
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