NASA のジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を「」と呼ぶ人もいます。天文学を食べた望遠鏡」 それは 最も強力な宇宙望遠鏡 これまでに作られたことのない、人間工学の限界を押し広げた複雑な機械折り紙です。長年の遅れと数十億ドルのコスト超過を経て、18 年 2021 月 XNUMX 日、望遠鏡は完成しました。 軌道上に打ち上げられる予定 そして天文学の次の時代の到来を告げます。
私は 天文学者 私は観測宇宙論を専門とし、30 年間にわたって遠方の銀河を研究してきました。宇宙に関する未解決の最大の疑問のいくつかは、ビッグバン直後の宇宙の初期に関連しています。最初の星や銀河はいつ形成されましたか?どちらが先ですか?またその理由は何ですか?ジェームス・ウェッブはまさにこれらの疑問に答えるために特別に作られたものであるため、天文学者たちが銀河の始まりの物語を間もなく解明するかもしれないと私は信じられないほど興奮しています。
宇宙の「暗黒時代」
優れた証拠は、宇宙が「」と呼ばれる出来事から始まったことを示しています。 ビッグ・バン 13.8億年前、この地は超高温、超高密度の状態になった。宇宙はビッグバンの後すぐに膨張を始め、膨張とともに冷却していきました。ビッグバンの 18 秒後、宇宙の幅は 10 兆マイルあり、平均温度は驚くべき華氏 400,000 億度 (摂氏 10 億度) でした。ビッグバンから約 XNUMX 万年後、宇宙の直径は XNUMX 万光年でした。 気温が下がった 華氏 5,500 度 (摂氏 3,000 度) まで。もしこの時点で誰かがそれを見に行っていたら、宇宙は巨大な熱ランプのように鈍く赤く輝いていただろう。
この期間中、宇宙は高エネルギー粒子、放射線、水素、ヘリウムの滑らかなスープで満たされていました。構造物はありませんでした。膨張する宇宙が大きくなり、冷たくなるほど、スープは薄くなり、すべてが黒くなっていきました。これが天文学者が「宇宙」と呼ぶものの始まりでした。 暗黒時代 宇宙の。
暗黒時代のスープは 完全に均一ではない そして重力により、ガスの小さな領域が凝集し始め、より密度が高くなります。滑らかな宇宙はでこぼこになり、これらのより高密度のガスの小さな塊は、星、銀河、その他宇宙のあらゆるものの最終的な形成の種となりました。
見るものは何もありませんでしたが、暗黒時代は宇宙の進化における重要な段階でした。
最初の光を探して
暗黒時代は、重力によって最初の星や銀河が形成され、最終的に最初の光を発し始めたときに終わりました。天文学者たちは最初の光がいつ起こったかを知りませんが、最も正確な推測は、それがいつ起こったかということです。 数億年 ビッグバンの後。天文学者も、星と銀河のどちらが最初に形成されたのかを知りません。
現在の理論 暗黒物質が支配する宇宙で重力がどのように構造を形成するかに基づくと、星や星団のような小さな天体が最初に形成され、その後矮銀河に成長し、さらに天の川のような大きな銀河に成長した可能性が高いことが示唆されています。これらの宇宙最初の星は、今日の星と比較すると極端な天体でした。彼らはいた XNUMX万倍明るい しかし、彼らは非常に短命でした。彼らは熱く明るく燃え、死んだとき、彼らは後に残しました。 ブラックホール 太陽の質量の最大100倍に達する可能性があります。 銀河形成の種として機能した.
天文学者は、この魅力的で重要な宇宙の時代を研究したいと考えていますが、最初の光を検出することは信じられないほど困難です。現在の巨大で明るい銀河と比較すると、最初の天体は非常に小さく、宇宙の絶え間ない膨張により、現在では地球から数百億光年の距離にあります。また、最も初期の星は形成時に残ったガスに囲まれており、このガスは光のほとんどを吸収する霧のように機能しました。数億年かかりました 霧を吹き飛ばす放射線。この初期の光は、地球に到達する頃には非常に弱くなります。
しかし、課題はこれだけではありません。
宇宙が膨張するにつれて、宇宙を通過する光の波長は継続的に伸びます。これはと呼ばれます 赤方偏移 それは、青色や白色の光のような短い波長の光を、赤色や赤外線のような長い波長にシフトするからです。完璧な例えではありませんが、車があなたの前を通り過ぎるときに、車が発する音のピッチが著しく低下するのと似ています。
13億年前に初期の星や銀河から発せられた光が地球上の望遠鏡に届くまでに、その光は宇宙の膨張によって10倍に引き伸ばされています。それは赤外線として届きます。つまり、赤色光よりも長い波長を持っています。最初の光を見るには、赤外線を探す必要があります。
タイムマシンとしての望遠鏡
ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に入ってみましょう。
望遠鏡はタイムマシンのようなものです。物体が 10,000 光年離れている場合、光が地球に到達するまでに 10,000 年かかることになります。したがって、天文学者が宇宙の外を見れば見るほど、 さらに遡って私たちは探しています.
エンジニア 最適化されたジェームス・ウェッブ 最も初期の星や銀河の微弱な赤外線を特に検出します。ハッブル宇宙望遠鏡と比較すると、 James Webb のカメラの視野は 15 倍広い、6 倍の光を収集し、そのセンサーは赤外線に最も敏感になるように調整されています。
戦略は次のとおりです 空の一部分を長い間深く見つめる、最も遠い最古の銀河からできるだけ多くの光と情報を収集します。このデータがあれば、暗黒時代がいつどのように終わったかを知ることができるかもしれませんが、他にも多くの重要な発見があるでしょう。たとえば、この物語を紐解くと、 暗黒物質の性質の説明に役立つを構成する神秘的な物質の形。 宇宙の質量の80パーセント.
ジェームス・ウェッブは、 技術的に最も難しいミッション NASAはこれまでに試みたことがある。しかし、科学的な疑問の答えを得るには、あらゆる努力をする価値があると私は思います。私と他の天文学者は、2022 年中にデータが戻り始めるのを興奮して待っています。
この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.
画像クレジット: ハッブルディープフィールド / 米航空宇宙局（NASA）
