7 月 11 日にバイデン大統領がジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) からの最初の画像を公開するとすぐに、マッシモ パスカルと彼のチームは行動を起こしました。
Slack を介して調整し、パスカル、カリフォルニア大学バークレー校の天体物理学者、および 14 人の協力者がタスクを分担しました。この画像は、空のピン刺しサイズの部分にある何千もの銀河を示しており、その一部は、中心の銀河団の周りで光が曲がっているため拡大されています。チームは、最初の JWST 科学論文を公開することを期待して、画像の精査に取り掛かりました。 「私たちはノンストップで働きました」とパスカルは言いました。 「まるで脱出部屋のようでした。」
3 日後、科学者が論文の初期バージョンをアップロードできるサーバーである arxiv.org の毎日の締め切りのわずか数分前に、チームは研究を提出しました。彼らは 13 秒差で 1 位を逃しました。「これはかなり面白かったです」と Pascale 氏は言います。
勝者である英国ダラム大学のギヨーム・マーラーとその同僚は、同じ最初の JWST 画像を分析しました。 「この驚くべきデータを取得して公開できたことは、まさに喜びでした」とマーラー氏は述べています。 「すぐにできるのに、なぜ待つ必要があるのでしょうか?」
マーラーが呼ぶところの「健全な競争」は、科学者が待望の赤外線からデータを受け取り始めてから数日後、JWST からすでに膨大な量の科学がもたらされていることを浮き彫りにしています。 -センシングメガ望遠鏡.
時の夜明け
JWST の高く評価されている機能の 1 つは、初期の宇宙に時間をさかのぼって、最初の銀河や星のいくつかを見る力です。 2021 年のクリスマスに打ち上げられ、現在地球から 150 万キロ離れたところにあるこの望遠鏡は、知られている中で最も遠く、最も古い銀河をすでに発見しています。
2 つのチームが GLASS サーベイのために JWST 観測を別々に分析したときに銀河を発見しました。GLASS サーベイは、望遠鏡の宇宙での初年度に予定されている 200 以上の科学プログラムの 1 つです。マサチューセッツ州のハーバード・スミソニアン天体物理学センターの Rohan Naidu が率いるチームと、ローマ天文台の Marco Castellano が率いるチームの両方が、データから 2 つの特に離れた銀河を特定しました。ビッグバンから 4 億年後に放出されたもの (ハッブル宇宙望遠鏡で観測された最古の銀河との関係) と、ビッグバンから 3 億年後に出現した GLASS-z13 と呼ばれるもう 1 つの銀河です。 「これまでに発見された中で最も遠い銀河になるでしょう」とカステラーノは言いました。
どちらの銀河も非常に小さく、おそらく天の川銀河の 100 分の 1 に見えますが、驚くべき星形成率を示し、すでに太陽の 10 億倍の質量を含んでいます。この若い銀河に期待されています。若い銀河の 1 つは、円盤状の構造の証拠さえ示しています。それらの光を分解してそれらの特性を収集するために、さらに研究が行われます.
別の初期宇宙プログラムでも、「信じられないほど遠い銀河」が発見されたと、テキサス大学オースティン校の天文学者で、Cosmic Evolution Early Release のメンバーである Rebecca Larson 氏は述べています。サイエンス（CEERS）調査。調査開始からわずか数週間で、チームは宇宙の最初の 5 億年分の銀河をいくつか見つけましたが、ラーソンと彼女の同僚はまだ正確な調査結果を発表していません。 「想像していたよりも良く、まだ始まったばかりです」と彼女は言いました。
バイデン大統領が提示し、パスカルとマーラーが研究した銀河団の画像には、さらに初期の銀河が隠れています。 SMACS 0723 と呼ばれるこの星団は非常に重いため、より遠くにある天体の光を曲げて、それらを視野に入れます。 Pascale と Mahler は、画像で拡大された最大 16 個の遠隔銀河を発見しました。正確な年齢はまだわかっていません。
望遠鏡は、画像内の 1 つの遠方の銀河を詳しく調べました。ビッグバンから 7 億年後の光のしみです。 JWST はその分光器を使って、銀河で重元素、特に酸素を検出しました。現在、科学者たちは、望遠鏡がさらに初期の銀河に重元素が存在しないことを発見することを望んでいます。これは、これらの銀河が人口 III の星のみを含んでいるという証拠です。これは、宇宙で最初の星であると仮定されており、非常に巨大で、完全に水素とヘリウムでできていたと考えられています。 (これらの星が爆発したときにのみ、酸素などのより重い元素を作り、宇宙に吐き出しました。)
「私たちは重い元素が見られない銀河を探しています」と、オックスフォード大学の天体物理学者、アンディ・バンカーは言いました。 「それは、原始水素とヘリウムから形成された第一世代の星にとって決定的な武器になるかもしれません。理論的には存在するはずです。十分に明るいかどうかによります。」
銀河の構造
銀河の構造とその中で星がどのように形成されるかを理解しようとする科学者のために、JWST はすでに影響力のあるデータを提供しています。
アリゾナ州にある国立科学財団の NOIRLab の Janice Lee が率いる観測プログラムでは、銀河の星形成の若い場所を探しています。リーのチームを代表して、JWST は 2400 万光年離れた NGC 7496 と呼ばれる銀河を観測しました。ハッブルの装置は、これらの領域を取り囲む厚い塵とガスを貫通できませんでした。しかし、JWST は塵に跳ね返る赤外線を見ることができるため、望遠鏡は、星のスイッチがオンになり、中心部で核融合が発火した瞬間に近づくことができます。 「ほこりが実際に光っています」とリーは言いました。
最も注目に値するのは、NGC 7496 が通常の銀河であり、「ポスターチャイルド銀河ではない」ことです。しかし、JWST の注意深い監視の下で、それは突然生き返り、星が形成されているチャネルを明らかにします。 「まさに驚異的です」と彼女は言いました。
一方、アリゾナ州のダーク スカイ保護会社ダーク スカイ コンサルティングの天文学者であるジョン バレンタインは、JWST の最初の画像の 1 つで、より思いがけない発見をしました。地球から2,500光年離れた南環星雲の望遠鏡の写真は、驚くべき明瞭さを示しました。横から見ると、以前は星雲自体の一部と誤認されていた興味深い銀河 (銀河の中心部の膨らみを研究するためのユニークな視点) が、横から見たものが見えてきました。
「私たちは、探していることすら知らなかったものを偶然明らかにしてくれる、非常に敏感なマシンを手に入れました」と Barentine 氏は言います。 「Webb が撮影したほぼすべての画像で、背景を覗いてみる価値があります。」
星と惑星に目を向ける
私たち自身の太陽系の惑星を含む、小さなターゲットも JWST の十字線にあります。木星は、わずか 75 秒間の露出で捉えられた画像の最初のバッチの一部として、壮大な形で現れました。
天文学者は、木星の上層大気が下層大気より数百度も高温であることを知っていますが、その理由はわかっていません。赤外線を検出することで、JWST は加熱された上層大気が輝いているのを見ることができました。惑星の周りに赤いリングとして表示されます。レスター大学の惑星科学者である Henrik Melin は次のように述べています。 「これまで世界規模でこのような状況を見たことはありません。これは驚くべきことです。」
Melin のプログラムは、今後数週間で JWST を使用して、この大気加熱の原動力を研究する予定です。
JWST による木星の画像に隠れているのは、火山の衛星イオが木星のオーロラと相互作用しており、オーロラに小さな隆起を作り出しています。この画像は、「磁力線を流れるイオからの物質」を明らかにしていると、メリン氏は述べています。この効果は以前にも見られましたが、JWST は惑星を一目見ただけで簡単に見つけました。
JWST は、他の星系の惑星も調査しています。すでにこの望遠鏡は有名な TRAPPIST-1 システムを覗いており、データはまだ分析中ですが、7 つの地球サイズの世界 (いくつかは潜在的に居住可能) を持つ赤色矮星です。 WASP-96 b と呼ばれる「ホット ジュピター」と呼ばれる、星の周りの 3.4 日の狭い軌道にある惑星の初期の観測結果が発表されました。
JWST は惑星の大気中に水蒸気を発見し、数日前にハーバード・スミソニアン センターの Chima McGruder とその同僚が地上の望遠鏡を使用して報告した水の証拠を確認しました。しかし、JWST はさらに先に進むことができます。 WASP-96 b の炭素と酸素の比率を観察することで、ホット ジュピターがどのようにして恒星の周りをこれほど接近した軌道に到達するのかという謎を解くことができるかもしれません。より多くの酸素は、ガス巨人が最初に星の近くで形成されたことを示唆し、一方、より高い炭素比率は、より遠くの炭素が豊富な地域で形成されたことを示唆します.
一方、JWST は空に一時的な光を発見した可能性があります。これは一時的なものとして知られる一時的なイベントであり、当初は意図されていませんでした。メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所 (JWST の運用センター) の天文学者マイク・エンゲッサーと同僚は、同じ地域のハッブル画像では明らかではない明るい物体に気付きました。彼らは、それが約 30 億光年離れた超新星、または爆発する星であると考えています。これは、望遠鏡がこれらの出来事を見つけることができるという証拠です。
JWST は、はるかに遠い超新星も発見できるはずであり、初期宇宙の探査機として機能する別の方法を提供します。また、銀河の中心に存在する超大質量ブラック ホールによって引き裂かれている星を見つけることもできます。これは、以前の望遠鏡では見られなかったものです。宇宙望遠鏡科学研究所の天文学者で、過渡現象を研究するチームを率いるオリ・フォックス氏は、次のように述べています。
トランジエントは、他の天文現象と同様に再定義される予定です。何十年にもわたる計画と建設の後、JWST は空を飛んでいます。現在の問題は、人間の頭脳によって構築されたという信じられないほど複雑でありながら完璧な機械から降りてくる絶え間ない科学の弾幕と歩調を合わせることです。 「うまくいっています。信じられないほどです」とラーソンは言いました。
訂正:2022 年 7 月 25 日
月イオによって引き起こされた木星のオーロラの隆起の位置に関する混乱を減らすために、テキストが修正されました。
訂正:2022 年 7 月 27 日
WASP-96 b の測定された炭素対酸素比が、惑星が形成された場所について何を意味するかの説明が修正されました。
