重力レンズ現象を利用して、天文学者は天の川銀河と多くの特徴を共有する非常に遠い銀河を調査しました。宇宙の歴史の非常に早い時期に穏やかな銀河が発見されたことは、銀河がどのように形成されるかについての私たちの理論に疑問を投げかけています。
天文学者は、非常に初期の宇宙に存在した遠い若い銀河が、私たちの銀河といくつかの驚くべき類似点を共有していることを発見しました. SPT-S J041839–4751.9 または略して SPT0418–47 と名付けられた若い銀河が、「地球から 120 億光年離れた場所にある」という事実は、天の川に似ており、それを取り囲む銀河が何か問題を引き起こしています。ビッグバンから 14 億年後に存在した銀河は、それほど穏やかで混沌としておらず、整形式であるとは想定されていませんでした。
したがって、これの発見は、銀河の進化に関する私たちの理論の多くに疑問を投げかけます.実際、この発見は、これまで信じられていたよりもはるかに早い時期に銀河が形成され始めたことを示唆する最近の一連の発見と一致しています。
この遠方の銀河の観測は、チリのアンデスに位置する ESO のアタカマ大型ミリ波/サブミリ波アレイ (ALMA) の印象的な技術なしでは不可能だったでしょうが、それはまた別の銀河の発明、およびアインシュタインの異常な特徴の発明にかかっていました。一般相対性理論。チームは、介在する銀河による重力レンズ作用の結果としてアルマ望遠鏡が受信したリング状の画像から、SPT0418-47 の正確な画像を再構築しました。
「私たちは非常に遠い銀河を詳細に研究しました。これは時間をさかのぼることを意味し、ビッグバンから 14 億年後の非常に若い頃のこの銀河を見ることができます。>ZME サイエンス SPT0418-47 からの光が 120 億年かけて到達したという事実に言及しています。
いくつかの重要な違いがある遠い天の川のドッペルゲンガー
SPT0418–47 は中央の膨らみと回転する円盤を持っており、この 2 つの特徴は天の川銀河や他の近くの銀河によっても示されています。ただし、天の川銀河の渦巻き腕がなく、私たちの故郷の銀河よりもはるかに小さいです。天文学者が中心部のバルジを発見したのはこれが初めてです。これは、銀河の中心の周りに密集した星々であり、これほど遠く、したがって初期の銀河です。
しかし、Fraternali は、SPT0418-47 が私たちが見ている段階で天の川に似ているからといって、それが私たちの銀河と同じように進化したという意味ではないと述べています。 「SPT0418-47 は現在の天の川に似ていますが、120 億年前に天の川が SPT0418-47 のように見えたわけではありません」と研究者は付け加えています。
2 つの銀河のもう 1 つの重要な違いは、SPT0418-47 が、回転する円盤としては異例の、はるかに急速に星を形成していることです。 「SPT-S J041839–4751.9 は、塵の多い星形成銀河として知られている銀河の特定の集団に属しています」と、この論文の別の共著者であり、マックス プランク天体物理学研究所の重力レンズの専門家であるシモーナ ベゲッティは語っています。 ZME サイエンス。 「名前が示すように、これらは高速な星形成の著しいバーストを経験している銀河です。」
Vegetti は続けて、天文学者は、SPT0418-47 のような銀河は、年をとるにつれて、初期型銀河と呼ばれるものに変わると信じていると説明しています。
「SPT-S J041839–4751.9 の特性を近くの初期型銀河の特性と比較することで、ある銀河型から別の型の銀河への変換を担うプロセスについて何かを学ぶことができます」と彼女は言います。 「これは若者と老人の特性を比較するようなもので、老化の過程についていくつかのヒントを与えてくれます。」
しかし、遠方の銀河の最も不可解な側面は、それがいかに穏やかで秩序立っているかということです。現在の宇宙論モデルでは説明できない何か。
若くてカオス？
私たちの現在の宇宙論モデルは、SPT0418-47 が生息していた宇宙が混沌とした乱流の場所であったことを示唆しています。そして、この時代に発見された銀河は、これらの性質を反映していると予想されます.たとえ何らかの構造を持っていたとしても、これは周囲の激しい条件によって洗い流されるべきです.
「一般的な考えは、これらの距離/時間の銀河は非常に混沌としており、非常に激しい星の形成により、落下するガスと強力な爆発の巨大なフィラメントの中で円盤が形成されていることをほとんど認識できないというものでした」と Fraternali は言います。
初期宇宙の銀河は、多くのエネルギーを放出する超新星爆発のような強力な現象の場所であると予想されます.Vegetti 氏は次のように説明しています。この銀河のガスの動きは、風と流出によって無秩序に移動します。」
しかし、チームの観察により、まったく異なる状況が明らかになりました。彼らが実際に発見したのは、SPT0418-47 のガスの動きが、実際には、銀河の中心の周りを静かに、整然とした形で回転しているということでした。 Vegetti が指摘するように、「銀河の最新の最先端の数値シミュレーションのコンテキスト内でこの動作を説明することは非常に困難です。」
Fraternali に残された大きな疑問の 1 つは、これらの特徴がどの程度一般的であり、他の古い銀河では SPT0418-47 が比較的「穏やか」であるのかということです。 「この銀河は私たちによって選択されていないため、——偶然にも、視線に沿ってレンズと完全に一致していました——その当時の大質量銀河の大部分を代表している可能性があると主張することができます。」
したがって、これらの遠い星のさらなる調査を行うために過去を振り返ることは非常に重要です。しかし、ご想像のとおり、それは簡単なことではありません。実際、Fraternali が指摘するように、SPT0418-47 の研究は、それと私たちの間に来る別の銀河の介入と、それに続く重力レンズ効果の顕著な現象によってのみ可能になりました。
レンズとしての銀河 — 重力レンズの力
SPT0418-47 と介在する銀河の正確な位置合わせは、それがアルマ望遠鏡のチームにとってほぼ完璧な輪として見えることを意味します 天文学者は、その構造が一般の理論に関連しているため、天文学者によって「アインシュタイン リング」と呼ばれています。相対性理論 - 20 世紀初頭にアインシュタインによって提唱された重力の幾何学的理論。
重力レンズ作用は、質量のある物体が周囲の時空の構造を曲げるという事実に依存しています。質量が大きいほど、曲率が極端になります。これを説明するために使用される最も一般的な類推は、その上に配置された質量が増加するオブジェクトを配置した引き伸ばされたゴムシートです。ビー玉やテニスボールよりもシートに大きな「へこみ」を作るボーリングボール。
これは、途方もない質量を持つ銀河のような物体が、通過する光の経路を曲げることを意味します。これにより、多くの場合、レンズの背後にある物体が別の場所にあるように見えます。極端なケースでは、介在する銀河の周りでさまざまな湾曲した経路をたどり、わずかに異なる時間に地球に到着した光で構築された「アインシュタインリング」を作成します。しかし、重力は美しく奇妙な現象であるだけでなく、強力な観測ツールでもあります。
「これらの銀河は非常に遠いため、現在の望遠鏡を使用して詳細に研究することは困難です。十分に強力ではありません」と Vegetti 氏は言います。 「私たちのチームは、強力な重力レンズ効果を利用して、この制限を克服しています。」
チームが最初に使用するプロセスには、互いに遠く離れているが、ここ地球上の私たちの視点から整列しているように見える銀河のペアを探すことが含まれます。 「私たちに近い銀河はレンズのように振る舞い、遠くの銀河を拡大して見せてくれます」と Vegetti は詳しく説明します。 「はるかに強力な望遠鏡を通して観察するようなものです。
Vegetti は、James Webb Space Telescope や ESO の Extremely Large Telescope (ELT) などの次世代の望遠鏡によって、SPT0418 ～ 47 銀河の同時代の銀河をより詳細に研究できるようになるはずだと説明しています。これにより、研究者はこれらの特徴がどれほど一般的であるかを発見することができ、ひいては、宇宙の歴史の中でどのように初期の秩序だった銀河が形成されたかについての再考を引き起こす可能性があります.彼女はまた、この研究の筆頭著者を特別に称賛しています。
「これらの新しい施設は、この種の分析を次のレベルに引き上げ、さらに詳細なレベルでさらに若い銀河を観察できるようにします」と Vegetti 氏は結論付けています。 「Francesca Rizzo は、この一連の研究をリードしています。彼女は優秀な若い科学者で、一緒に仕事をするのが楽しいので、次の発見を楽しみにしています!」
ソース
リゾ。 F.、ベゲッティ。 S.、パウエル。 D.、Fraternali。 F. ほか、「初期宇宙における動的に冷たい円盤銀河」、Nature、 [2020].
