COSMOS-Webbを使用した宇宙の基本構造と暗黒物質の分布のマッピング

この野心的なプログラムは、3つの満月の大きさのフィールドで50万個の銀河を研究します。

3つの満月の大きさの巨大な空のパッチを深く見つめ、 NASA‘NS ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡 50万個の銀河を研究する野心的なプログラム。 COSMOS-Webbと呼ばれるこの調査は、Webbが最初の1年間に実施する最大のプロジェクトです。 200時間以上の観測時間で、これまでの発見に基づいて、3つの特定の研究分野で進歩を遂げます。 これらには、再電離の時代の理解に革命を起こすことが含まれます。 初期の完全に発達した銀河の探索。 そして、暗黒物質と銀河の恒星の内容がどのように進化したかを学びましょう。 データの迅速な公開により、この調査は、銀河を超えて研究する世界中の科学者にとって不可欠なWebbレガシーデータセットになります。 天の川。

この銀河の海は、ハッブル宇宙望遠鏡の掃天観測用高性能カメラ（ACS）から完成したオリジナルのCOSMOSフィールドです。 完全なモザイクは、575個の個別のACS画像の合成であり、各ACS画像は満月の直径の約10分の1です。 アウトラインのギザギザのエッジは、調査フィールドを構成する個別の画像によるものです。 クレジット：Anton Koekemoer（STScI）およびNick Scoville（Caltech）

NASAのジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡が2022年に科学運用を開始したとき、その最初のミッションの1つは、宇宙で最も古い構造をマッピングする野心的なプログラムになります。 COSMOS-Webbと呼ばれる、50万個の銀河を対象としたこの広く深い調査は、Webbが最初の1年間に実施する最大のプロジェクトです。

COSMOS-Webbは、200時間以上の観測時間で、近赤外線カメラ（NIRCam）を使用して、0.6平方度の広い範囲の空をスキャンします。 これは3つの満月のサイズです。 同時に、中赤外線機器（MIRI）を使用してより小さな領域をマッピングします。

130億年以上前の宇宙の再電離の時代、宇宙はまったく別の場所でした。 銀河間ガスは、エネルギーのある光には不透明すぎて、若い銀河を観測するのが困難でした。 宇宙が完全にイオン化または透明になり、最終的に今日の宇宙のほとんどで検出された「明らかな」状態につながったのはなぜですか？ ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡は、宇宙の歴史におけるこの大きな変化を理解するのに役立つように、宇宙の再電離の時代に存在したものについてのより多くの情報を収集するために、宇宙をより深く掘り下げます。 クレジット：NASA、ESA、およびJ.Kang（STScI）

それは大きな空の広がりであり、COSMOS-Webbに非常にユニークです。 テキサス大学オースティン校の准教授であり、COSMOS-Webbプログラムの共同リーダーであるケイトリン・ケイシー氏は、ほとんどのWebbプログラムは、空の小さなパッチを研究するペンシルビームスキャンのように非常に深く掘り下げています。 「私たちは広い領域をカバーしているので、銀河形成の夜明けに大規模な構造を見ることができます。また、最も希少な初期の銀河のいくつかを探し、銀河の暗黒物質の大規模な分布をマッピングします。非常に早い時期です。」

（暗黒物質は光を吸収、反射、放出しないため、直接見ることはできません。暗黒物質は、私たちが観察できるものに影響を与えるため、存在することがわかっています。）

COSMOS-Webbは、マルチバンド、高解像度、近赤外線イメージング、および中赤外線で前例のない32,000の銀河を使用して、50万個の銀河を研究します。 データの急速な公開により、この調査は、天の川の外の銀河を研究している世界中の科学者にとって不可欠なWebbレガシーデータセットになります。

ハッブルの成果に基づいて構築

COSMOS調査は、10の満月の領域の周りのはるかに広い空の帯を画像化するハッブルのプログラムとして2002年に始まりました。 そこから、コラボレーションは倍増し、地球と宇宙にある世界の主要な望遠鏡のほとんどが含まれるようになりました。 現在、COSMOSは、無線を介してX線の全スペクトルをカバーする多波長スキャンです。

COSMOSフィールドは空に位置しているため、世界中の天文台にアクセスできます。 天の赤道に位置し、北半球と南半球の両方から研究できるため、豊富で多様なデータの宝庫になります。

ロチェスター工科大学のJeyhanKartaltepeは、次のように述べています。物理学の助教授およびCOSMOSプログラムの共同リーダー。Web。 「COSMOS-Webbはその次の記事であり、Webbを使用して、スペクトルの近赤外線部分と中赤外線部分のカバレッジを拡張します。これにより、視野から遠く離れて、どこまで見えるかを確認できます。」

野心的なCOSMOS-Webbプログラムは、これまでの発見に基づいて、次の3つの特定の研究分野を前進させます。 初期の完全に発達した銀河の探索。 そして、暗黒物質と銀河の恒星の内容がどのように進化したかを学びましょう。

目標1：再電離の時代の理解に革命を起こすこと

ビッグバンの直後、宇宙は完全に暗くなった。 宇宙を光に照らしている星や銀河はまだ形成されていませんでした。 代わりに、宇宙は中性の水素原子とヘリウム原子の原始的なスープと目に見えない暗黒物質で構成されていました。 これは宇宙暗黒時代と呼ばれています。

数億年後、最初の星と銀河が現れ、初期の宇宙を再イオン化するためのエネルギーを提供しました。 このエネルギーは宇宙を埋め尽くした水素原子を細断し、宇宙に電荷を与え、宇宙の暗黒時代を終わらせました。 宇宙が光にあふれたこの新しい時代は、宇宙の再電離の時代と呼ばれています。

COSMOS-Webbの最初のターゲットは、ビッグバンから40万年から10億年後に発生したこの再電離の時代に焦点を当てています。 再電離は、一度にではなく、小さなポケットで発生する可能性があります。 COSMOS-Webbは、初期の宇宙の最初のポケットがどこで再電離したかを示す泡を探します。 チームは、これらの再電離バブルのサイズをマッピングすることを目指しています。

「ハッブルは幼い頃までこれらの銀河のほんの一握りを見つけるのに素晴らしい仕事をしました、しかし私達は再電離過程を理解するためにさらに何千もの銀河を必要とします」とケーシーは説明しました。

科学者たちは、それらが非常に質量の大きいシステムであるか、比較的質量の小さいシステムであるかどうかにかかわらず、どのような種類の銀河が再電離の時代につながったかさえ知りません。 COSMOS-Webbは、巨大で非常にまれな銀河を見つけて、それらが大規模な構造にどのように分布しているかを学ぶ独自の機能を備えています。 それで、銀河は宇宙の都市と同等に住んでいる再電離に責任がありますか、それともそれらは宇宙全体にほぼ均等に分布していますか？ 科学者がこの質問に答えるのに役立つのは、COSMOS-Webbサイズの調査だけです。

目的2：完全に進化した銀河を探す

COSMOS-Webbは、ビッグバン後の最初の20億年で星の誕生を止めた、非常に初期の完全に発達した銀河を探します。 ハッブルは、宇宙がどのように形成されたかの既存のモデルに挑戦するこれらの銀河のほんの一握りを発見しました。 科学者たちは、これらの銀河がどのようにして古い星を含み、宇宙の歴史のそれほど早い段階で新しい星を形成しないのかを説明するのに苦労しています。

COSMOS-Webbのような大規模な調査を通じて、チームはこれらの珍しい銀河の多くを見つけるでしょう。 彼らは、これらの銀河がどのように急速に進化し、星形成をこれほど早く止めることができるかを理解するために、これらの銀河の詳細な研究を計画しています。

目的3：銀河の恒星の内容を使用して暗黒物質がどのように進化したかを学ぶ

COSMOS-Webbは、宇宙の生涯にわたって銀河の暗黒物質が銀河の恒星の内容とともにどのように進化したかについての洞察を科学者に提供します。

銀河は2種類の物質でできています。星などに見られる通常の明るい物質と、銀河よりも重く、長いハローで囲まれていることが多い目に見えない暗黒物質です。 これらの2種類の物質は、銀河の形成と進化に絡み合っています。 しかし、現時点では、銀河のハローで暗黒物質の塊がどのように形成されているのか、そしてこの暗黒物質が銀河の形成にどのように影響するのかについてはあまり知識がありません。

COSMOS-Webbは、科学者が「弱いレンズ」を通して暗黒物質ハローを直接測定できるようにすることで、このプロセスを強調します。 どんな種類の質量の重力も、それが暗いか明るいかにかかわらず、遠くの銀河から見える光を「曲げる」レンズとして機能することができます。 レンズの弱さは背景の銀河の見かけの形を歪めるので、ハローが他の銀河の前にあるとき、科学者はハロー内の暗黒物質の質量を直接測定することができます。

ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所の研究天文学者であるチームメンバーのアントン・クイクモア氏は、プログラムの観測戦略の設計を支援し、プログラムからすべての画像を作成する責任があると述べました。 「これは、銀河の質量が最初にどのように配置され、暗黒物質のハローによってどのように動かされたかを理解しようとするための重要な時代です。そして、それは間接的に銀河形成の理解を促進する可能性があります。」

コミュニティとデータをすばやく共有する

COSMOS-Webbは財務ソフトウェアであり、定義上、永続的な科学的価値のあるデータセットを作成するように設計されています。 財務プログラムは、単一の一貫したデータセットを使用して多くの科学的問題を解決しようとしています。 財務プログラムの下で取得されたデータには通常、排他的なアクセス期間がないため、他の研究者がすぐに分析できます。

「財務プログラムとして、データとデータ製品をコミュニティに迅速にリリースすることに取り組んでいます」とKartaltepe氏は説明します。 「私たちはこのコミュニティリソースを作成し、公開して、コミュニティの他のメンバーが科学的分析に使用できるようにします。」

Koekemoer氏は、「財務プログラムは、これらすべての科学製品を公開することを約束しているため、コミュニティの誰もが、非常に小さな組織であっても、データ製品に同じように平等にアクセスして、科学を行うことができます。」

COSMOS-Webbは、最初のサイクルからの一般的なオブザーバー向けのプログラムです。 一般的なオブザーバープログラムは、ハッブルでの時間の割り当てに使用されるのと同じシステムである匿名のダブルレビューシステムを使用して競争的に選択されました。

ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡は、2021年に打ち上げられたとき、世界最高の宇宙科学天文台になります。ウェッブは、太陽系の謎を解き、他の星の周りの遠い世界に目を向け、宇宙の不思議な構造と起源を調べ、その中の私たちの場所。 Webbは、NASAがパートナーであるESA（欧州宇宙機関）およびカナダ宇宙機関とともに主導する国際的なプログラムです。