ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) を使って研究している天体物理学者は、宇宙望遠鏡からわずか 3 億 5,000 万年後に、銀河内に驚くべき量の金属を発見しました。ビッグバン

それは宇宙についての私たちの理解とどのように一致しますか?

宇宙最初の金属の起源は、天体物理学の基礎的な問題です。

ビッグバン直後、宇宙はほぼ完成した完全に水素だけ、最も単純な要素です。 ヘリウムは少量、リチウムはさらに少なく、おそらく極微量のベリリウムが含まれていました。 元素の周期表を見ると、これらは最初の 4 つです。

天文学では、水素やヘリウムより重い元素はすべて金属と呼ばれます。

金属は星の中で生成され、他の場所では生成されません(ビッグバン自体によって生成される微量を除いて)。

ビッグバンから現在に至るまでの宇宙の金属の形成を追跡することは、天体物理学の基本的な探求の 1 つです。

金属性は、宇宙の研究における基本的な概念です。 金属がなければ岩石惑星は形成できません。 生きることもできない。 星が世代を重ねるにつれて、宇宙の金属性は増加してきました。 したがって、最初の金属に由来し、私たちに直接つながる根本的な軌道があります。

古代銀河の研究は、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡の主要な使命の 1 つです。 のJWST 先進的深部銀河系外探査(JADES) は、空の領域を調べて、初期の暗い銀河を探しました。 JWST は、宇宙の初期銀河まで遡ることによって、古代の金属性に光を当てています。

JADES の観測に取り組む研究者チームは、ビッグバンからわずか 3 億 5,000 万年後の銀河を調査し、炭素を発見しました。 彼らはまた、天文学におけるすべての金属である酸素とネオンも発見した可能性があります。

彼らの発見は、次のタイトルの新しい論文に記載されています。ジェイド: ガスが豊富な銀河におけるビッグバンから 3 億 5000 万年後の炭素濃縮。 筆頭著者は、ケンブリッジのカブリ宇宙論研究所の博士研究員天体物理学者、フランチェスコ・ドゥジェニオです。

宇宙で最初にできた星はこう呼ばれています人口IIIの星。 これらは最も古い星であり、金属をほとんど含まず、大きく、明るく、熱くなっていました。 彼らが保持していた微量の金属は、その数の中で最初の超新星からのものでした。

人口 III の星に関する私たちの知識の多くは理論的なものです。なぜなら、これらの古代の星は太古の銀河にあり、観察することが非常に難しいからです。 しかし、JWST にはそれが可能です。 個々の星は見えませんが、強力ですNIRスペック(近赤外線分光器) 装置は、証拠となる光の特徴によって銀河内のさまざまな元素を検出できます。

この新しい研究は、地球付近の z=12.5 の銀河に基づいています。コズミック・ドーン、宇宙の歴史の中で重要な時代。 研究者らが JWST の観測を研究したところ、銀河内に予想外の量の炭素が存在することが判明しました。 それは星間媒体 (ISM) または銀河周縁媒体 (CGM) のいずれかにあります。

「これは金属転移の最も遠い検出であり、最も遠い検出です。赤方偏移これは、これまでに発見された「化学濃縮の最も遠い証拠」でもある。

この検出は、メタルフリーに関する私たちの理解と直接衝突します。人口IIIの星

「C iii の検出とその高い EW (等価幅) により、原始的な恒星集団のシナリオは除外される」と著者らは書いています。

もしウェッブが、金属を含まない原始的な集団III星の存在を除外したとしたら、それは大きなニュースだ。 これは、私たちの周りに見られる宇宙についての最善の説明を覆す強力な宇宙望遠鏡のもう一つの例です。

しかし、それはまったく衝撃的なことではありません。 集団 III 星の存在は理論上のものです。 宇宙について私たちが知っている他のすべてのことを考慮すると、彼らの存在は理にかなっています。

しかし、人口IIIの星は決して確実なものではありませんでした。

このようなものが発見されると、科学者は、観察しているものについて考えられるあらゆる説明を一生懸命検討します。 彼らは本当にこの遠い古代の銀河の星の中に炭素を見ているのでしょうか? それとも、これらの排出の背後に何か他のものがある可能性がありますか?

古代の銀河には星だけではありません。 超大質量の本拠地でもありますブラックホール(SMBH)。 SMBH が物質を食べると、活動銀河核 (AGN) として明るく燃え上がることがあります。 その光信号は、JWST が見ているものである可能性があります。

「さらに、超大質量降着体は、ブラックホールがこの銀河で確認されており、特異な化学物質の豊富さが主にその核領域に関連している可能性があることを示唆している」と研究者らは説明する。

銀河には別の潜在的な炭素源がある。 それらは AGB 星、つまり漸近的な巨大な枝星です。 AGB 星は、超新星始祖のような大きな爆発性の星ではありませんが、主系列から離れた大きな星です。 超新星と比べて、AGB 星は穏やかに金属を生成します。

しかし、星がAGB星に進化するには長い時間がかかります。 宇宙が誕生してわずか 3 億 5,000 万年だったとき、AGB になるほど長く生きた星は存在しませんでした。

「AGB星はこれらの初期の時代では炭素濃縮に貢献できない」と著​​者らは書いている。

最終的に、研究者らは炭素の検出を報告しましたが、それがどこから来たのかを正確に伝えることはできませんでした。 これらは「集団IIIの祖先からの第一世代の超新星の遺産」である可能性がある、と彼らは書いている。

JWST は、この初期の銀河を観察するために限界まで挑戦されました。 「化学濃縮の初期段階に関する貴重な情報を提供する最も遠い金属遷移の検出には、非常に長時間の曝露が必要でした」と著者らは説明する。 銀河が極度に暗いため、このデータを収集するのに JWST の時間は 65 時間かかりました。

あれだけの観察時間を費やしても、研究者たちは観察した金属性について暫定的な説明しか導き出すことができません。 銀河の分光学的研究に 65 時間の JWST 時間を費やすのはあまり現実的ではありませんが、この種の正確な分光法を実現するには JWST がそれを行う必要があるのです。 将来的には変わるかもしれません。

「しかし、将来的には、広範囲の調査と重力レンズによって、より短い露光での分光による詳細な追跡に十分明るい赤方偏移のより多くの銀河を特定するのに役立つかもしれない」と研究者らは書いている。

それがいつ起こるか、そしてそうなった場合、天体物理学者は切望されていたより大きなサンプルサイズを手に入れることになります。 その貴重なデータがあれば、おそらく彼らはこの驚くべき発見についてより確実な説明に到達できるかもしれない。

この記事は最初に公開されました今日の宇宙。 読む原著