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JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) は、ハッブル宇宙望遠鏡のウルトラ ディープ フィールド内およびその周辺に焦点を当てました。 Webb の NIRCam 装置を使用して、科学者は 9 つの異なる赤外線波長範囲でフィールドを観察しました。 これらの画像 (左図) から、研究チームは、赤外線で見えるが、ライマン ブレークとして知られる臨界波長でスペクトルが突然遮断される、かすかな銀河を探しました。 Webb の NIRSpec 装置は、各銀河の赤方偏移を正確に測定しました (右図を参照)。 調査された銀河のうち 4 つは特に特別で、前例のないほど初期の時代にあることが明らかになりました。 これらの銀河は、宇宙が現在の年齢のわずか 2% だったビッグバンから 4 億年も経っていない時代にさかのぼります。 背景画像の青は 1.15 ミクロン (115W)、緑は 2.0 ミクロン (200W)、赤は 4.44 ミクロン (444W) の光を表します。 カットアウト イメージでは、青は 0.9 および 1.15 ミクロン (090W+115W) の組み合わせ、緑は 1.5 および 2.0 ミクロン (150W+200W)、赤は 2.0、2.77、および 4.44 ミクロン (200W+277W+444W) です。 クレジット: NASA、ESA、CSA、STScI、M. Zamani (ESA/Webb)、および L. Hustak (STScI)。 科学: B. Robertson (UCSC)、S. Tacchella (ケンブリッジ)、E. Curtis-Lake (ハートフォードシャー)、S. Carniani (Scuola Normale Superiore)、および JADES コラボレーション
天文学者は、JWST によって検出および確認された、最も遠い既知の銀河を報告しています。
天文学者の国際チームは、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) からのデータを使用して、これまでに確認された最古の最も遠い銀河を発見しました。 この望遠鏡は、134 億年以上前にこれらの銀河から放出された光を捉えました。これは、宇宙が現在の年齢のわずか 2% だったビッグバンから 4 億年も経たない時代に銀河がさかのぼることを意味します。
JWST からの最初の観測では、ハッブル宇宙望遠鏡による以前の観測と同様に、極端な距離にいくつかの銀河の候補が得られました。 現在、これらのターゲットのうち 4 つは、長い分光観測を取得することによって確認されており、それらの距離を確実に測定できるだけでなく、天文学者が銀河の物理的特性を特徴付けることができます。
UC サンタ クルーズ校の天文学および天体物理学の教授であるブラント ロバートソン (Brant Robertson) は、次のように述べています。 「JWST を使用すると、これほど遠くにある銀河を初めて見つけて、それらが実際にそれほど遠くにあることを分光学的に確認できるようになりました。」
天文学者は、その赤方偏移を決定することによって、銀河までの距離を測定します。 宇宙の膨張により、遠くにある天体は遠ざかっているように見え、その光はドップラー効果によってより長く、より赤い波長に引き伸ばされます。 さまざまなフィルターを介してキャプチャされた画像に基づく測光技術は、赤方偏移の推定値を提供できますが、決定的な測定には、オブジェクトからの光をその成分波長に分離する分光法が必要です。
(画像をクリックすると完全なインフォグラフィックが表示されます。) 宇宙は膨張しており、その膨張により、宇宙の赤方偏移として知られる現象で宇宙を移動する光が引き伸ばされます。 赤方偏移が大きいほど、光が移動した距離が長くなります。 その結果、最初の最も遠い銀河からの光を見るには、赤外線検出器を備えた望遠鏡が必要です。 クレジット: NASA、ESA、L. Hustak (STSci)
新しい発見は、赤方偏移が 10 を超える 4 つの銀河に焦点を当てています。最初にハッブルによって観測された 2 つの銀河は、現在、赤方偏移が 10.38 と 11.58 であることを確認しています。 どちらも JWST 画像で検出された 2 つの最も遠い銀河の赤方偏移は 13.20 と 12.63 であり、現在までに分光法によって確認された最も遠い銀河となっています。 13.2 の赤方偏移は、約 135 億年前に対応します。
「これらは、JWST の前に発見することを想像できたものをはるかに超えています」と Robertson 氏は述べています。 「赤方偏移 13 では、宇宙の年齢はわずか 3 億 2500 万年です。」
ハートフォードシャー大学 (英国) の Robertson と Emma Curtis-Lake は、まだ査読プロセスを経ていない結果に関する 2 つの論文の筆頭著者です (以下のリンクを参照)。
この観測は、ウェッブに搭載された近赤外線カメラ (NIRCam) と近赤外線スペクトログラフ (NIRSpec) の 2 つの機器の開発を主導した科学者の協力の結果です。 最も暗い銀河と初期の銀河の調査は、これらの機器のコンセプトにおける主な動機でした。 2015 年、機器チームは協力して JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) を提案しました。この野心的なプログラムは、望遠鏡の時間の 1 か月強に割り当てられ、両方の深さで前例のない初期の宇宙のビューを提供するように設計されています。と詳細。 JADES は、10 か国から 80 人以上の天文学者が参加する国際共同研究です。
「これらの結果は、NIRCam と NIRSpec のチームが協力してこの観測プログラムを実行した理由の集大成です」と、アリゾナ大学の NIRCam 主任研究員である Marcia Rieke は述べています。
JADES プログラムは NIRCam で始まり、10 日以上のミッション時間を使用して、ハッブル超深宇宙とその周辺の空の小さなパッチを観察しました。 天文学者は、ほぼすべての大型望遠鏡を使って 20 年以上にわたってこの地域を研究してきました。 JADES チームは、9 つの異なる赤外線波長範囲でフィールドを観察し、それぞれ数十億光年離れた 100,000 近くの遠方の銀河を明らかにする精巧な画像をキャプチャしました。
その後、チームは NIRSpec スペクトログラフを 3 日間の観測期間 1 回使用して、250 個のかすかな銀河から光を収集しました。 これにより、正確な赤方偏移測定が行われ、これらの銀河のガスと星の特性が明らかになりました。
「これらの測定により、銀河の固有の明るさを知ることができ、それらがいくつの星を持っているかを知ることができます」とロバートソンは言いました. 「これで、銀河が時間の経過とともにどのように組み合わされるかを実際に調べ始めることができます。」
英国のケンブリッジ大学の共著者であるサンドロ・タッケラは、次のように付け加えています。 人間と同じように、後に起こることの多くは、これらの初期世代の星の影響に依存しています. 銀河に関する非常に多くの疑問がウェッブの革新的な機会を待ち望んでおり、この物語を明らかにすることに参加できることに興奮しています。」
ロバートソンによると、これらの初期の銀河での星形成は、観測された年齢よりも約 1 億年早く始まっており、初期の星の形成は銀河の約 2 億 2500 万年後までさかのぼります。[{” attribute=””>Big Bang.
“We are seeing evidence of star formation about as early as we could expect based on our models of galaxy formation,” he said.
Other teams have identified candidate galaxies at even higher redshifts based on photometric analyses of JWST images, but these have yet to be confirmed by spectroscopy. JADES will continue in 2023 with a detailed study of another field, this one centered on the iconic Hubble Deep Field, and then a return to the Ultra Deep Field for another round of deep imaging and spectroscopy. Many more candidates in the field await spectroscopic investigation, with hundreds of hours of additional time already approved.
For more on this research, see NASA’s Webb Space Telescope Discovers Earliest Galaxies in the Universe.
References:
“Discovery and properties of the earliest galaxies with confirmed distances” by B. E. Robertson, S. Tacchella, B. D. Johnson, K. Hainline, L. Whitler, D. J. Eisenstein, R. Endsley, M. Rieke, D. P. Stark, S. Alberts, A. Dressler, E. Egami, R. Hausen, G. Rieke, I. Shivaei, C. C. Williams, C. N. A. Willmer, S. Arribas g, N. Bonaventura, A. Bunker, A. J. Cameron, S. Carniani, S. Charlot, J. Chevallard, M. Curti, E. Curtis-Lake, F. D’Eugenio, P. Jakobsen, T. J. Looser, N. Lützgendorf, R. Maiolino, M. V. Maseda, T. Rawle, H.-W. Rix, R. Smit, H. Übler, C. Willott, J. Witstok, S. Baum, R. Bhatawdekar, K. Boyett, Z. Chen, A. de Graaff, M. Florian, J. M. Helton, R. E. Hviding, Z. Ji, N. Kumari, J. Lyu, E. Nelson, L. Sandles, A. Saxena, K. A. Suess, F. Sun, M. Topping and I. E. B. Wallace, 17 November 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04480
“Spectroscopic confirmation of four metal-poor galaxies at z=10.3-13.2” by Emma Curtis-Lake, Stefano Carniani, Alex Cameron, Stephane Charlot, Peter Jakobsen, Roberto Maiolino, Andrew Bunker, Joris Witstok, Renske Smit, Jacopo Chevallard, Chris Willott, Pierre Ferruit, Santiago Arribas, Nina Bonaventura, Mirko Curti, Francesco D’Eugenio, Marijn Franx, Giovanna Giardino, Tobias J. Looser, Nora Lützgendorf, Michael V. Maseda, Tim Rawle, Hans-Walter Rix, Bruno Rodriguez del Pino, Hannah Übler, Marco Sirianni, Alan Dressler, Eiichi Egami, Daniel J. Eisenstein, Ryan Endsley, Kevin Hainline, Ryan Hausen, Benjamin D. Johnson, Marcia Rieke, Brant Robertson, Irene Shivaei, Daniel P. Stark, Sandro Tacchella, Christina C. Williams, Christopher N. A. Willmer, Rachana Bhatawdekar, Rebecca Bowler, Kristan Boyett, Zuyi Chen, Anna de Graaff, Jakob M. Helton, Raphael E. Hviding, Gareth C. Jones, Nimisha Kumari, Jianwei Lyu, Erica Nelson, Michele Perna, Lester Sandles, Aayush Saxena, Katherine A. Suess, Fengwu Sun, Michael W. Topping, Imaan E. B. Wallace and Lily Whitler, 8 December 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04568
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