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Dec 01, 2023

JWSTのミラーに映る銀河は見た目よりも近い

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) チームの最近の発表では、宇宙初期の銀河が本来よりもはるかに高度で、成熟し、進化していることが示されました。 でもそれはそうかもしれない

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) チームの最近の発表では、宇宙初期の銀河が本来よりもはるかに高度で、成熟し、進化していることが示されました。 しかし、それは、新しい研究が示しているように、私たちが体系的にこれらの銀河の距離を過大評価してきたためかもしれません。

空間内の距離を測定するのは難しい作業です。 明るい銀河や大きな銀河が比較的近くにあるのか、それとも物理的に大きくて明るいのかを識別するのは必ずしも簡単ではありません。 何十年にもわたって、天文学者はこの問題を回避するための多くの技術を開発してきました。 これらの手法の大部分は、比較的局所的な領域で最も正確に信頼できる結果を提供します。 JWST がターゲットとする銀河のような、非常に遠い銀河の場合は、はるかに精度の低い方法を使用せざるを得ません。

天文学者は、非常に遠い銀河までの距離を直接測定する代わりに、その赤方偏移を決定しようとしています。 赤方偏移は、宇宙の膨張により銀河が私たちから遠ざかることによる、銀河の光のスペクトルの変化を表します。 赤方偏移を距離に変換することは可能ですが、天文学者はそれを行うために宇宙論的モデルを仮定する必要があります。 言い換えれば、宇宙の膨張率に影響を与える一定量の暗黒エネルギー、暗黒物質、またはその他のパラメーターを想定します。

そのため、天文学者は通常、赤方偏移を報告するだけで、次に進みます。 一般に、赤方偏移が大きいほど、銀河は私たちから遠く離れています。いずれにせよ、それが私たちが本当に気にしていることです。

JWST は、赤方偏移が 9 から 14 の銀河を発見することができました。これは、これまでに発見された最も遠い銀河の一部であり、幼少期の宇宙のはるか彼方に浮かんでいます。

どう数えても、これらの銀河は宇宙の舞台に初めて現れたものの一つです。 したがって、彼らの構造の一部が、若い年齢の割に驚くほど成熟しているように見えるのは不可解です。 非常に遠い銀河の中には、大きく、たくさんの星を含み、星の生成に複数世代を必要とする重元素を多く含むものもあります。

しかし、これらの驚くべき結果は、赤方偏移を測定するための 1 つの特定の方法、つまりそれほど正確ではない方法に基づいていました。 測光赤方偏移測定として知られるこの方法は、銀河から光を取り出し、それをビンに分類します。 次に、天文学者はそれらのビン内の光を近くの銀河からの同じ光と比較して、赤方偏移の大まかな推定値を取得します。

この方法はかなり不確実ではありますが、迅速かつ簡単に実行できるという利点があるため、天文学者は多くの追加作業を行うことなく、赤方偏移測定値の大規模なサンプルを簡単に収集できます。

出版のために提出されプレプリント arXiv に掲載されたフォローアップ論文では、2 人の天文学者が 24 個の測光赤方偏移と、より正確な方法である分光法によって得られた赤方偏移を比較しました。 分光赤方偏移では、最初に銀河の詳細なスペクトルを収集し、それを使用して赤方偏移を測定します。 このプロセスは長くて複雑ですが、信じられないほど正確な赤方偏移測定を実現します。

研究者らは、サンプルではほぼすべての測光赤方偏移が分光赤方偏移よりも大きくなるように偏っていることを発見しました。 言い換えれば、大まかな推定により、ほとんどの場合、実際の赤方偏移よりも高い赤方偏移が生成されました。 一部の銀河ではその差は小さかったが、他の銀河ではその差は大きかった。 あるケースでは、赤方偏移の測光推定値は 11.5 でしたが、実際の赤方偏移は 9 未満でした。これは数十億光年の違いです。

全体として、研究者らは測光の赤方偏移をおよそ 1 標準偏差だけトーンダウンする必要があることを発見しました。 これは、測光赤方偏移がその不確実性とともに報告された場合、実際の赤方偏移は、ランダムな不確実性の束で予想されるような中間ではなく、その不確実性範囲の下限近くにあることを意味します。

これは新しい現象ではないと研究者らは指摘している。 実際、これは偉大な天文学者アーサー・エディントン卿が 1913 年に遠方の星の調査の文脈で初めて指摘したものです。 測光測定は不正確であることが予想されますが、ランダムな方法で行われます。 およそ半分の銀河は大きすぎる赤方偏移を示し、残りの半分は低すぎる赤方偏移を示すはずです。