NASAのウェッブ望遠鏡は、クエーサーを使用して初期の宇宙の秘密を明らかにし、時間を振り返ります。

クエーサーは非常に明るく、遠くにある活発なブラックホールで、太陽の質量の数百万から数十億倍の質量を持っています。 通常、銀河の中心に位置し、落下物を食べて、素晴らしい放射の急流を解き放ちます。 宇宙で最も明るいものの中で、クエーサーの光はそのホスト銀河のすべての星を集合的に照らし、そのジェットと風はそれが存在する銀河を形作ります。

今年後半の打ち上げ直後に、科学者のチームがNASAのジェームズウェッブ宇宙望遠鏡を最も遠くて最も明るいクエーサーの6つで訓練します。 彼らは、これらのクエーサーとそのホスト銀河の特性、およびそれらが非常に初期の宇宙における銀河の進化の初期段階でどのように相互接続されているかを研究します。 チームはまた、特に宇宙が非​​常に若いときに終わった宇宙の再電離期間中に、銀河間空間のガスを調べるためにクエーサーを使用します。 彼らは、低照度レベルと印象的な角度分解能に対するWebbの極端な感度でこれを達成します。

（画像をクリックすると完全な図が表示されます。）130億年以上前、宇宙の再電離の時代には、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あっ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）

Webb：若い宇宙を訪ねる

ウェッブが宇宙の深みを見るとき、彼は時間を振り返ります。 これらの遠いクエーサーからの光は、宇宙が非常に若く、到達するのに数十億年かかったときにウェッブへの旅を始めました。 今日のようにではなく、ずっと昔のように物事を見るでしょう。

「私たちが研究しているこれらのクエーサーはすべて、宇宙が8億年未満、つまり現在の年齢の6％未満であった非常に早い時期に存在していました。したがって、これらの観測は、銀河の進化と形成を研究する機会を与えてくれます。スペインのマドリッドにある天体生物学センターの天体物理学科の研究教授であるチームメンバーのサンティアゴ・アリバスは説明しました。 Arribasは、Webbの近赤外線分光器（NIRSpec）機器科学チームのメンバーでもあります。

（画像をクリックすると、完全な図が表示されます。）宇宙は膨張しており、この膨張により、宇宙の赤方偏移と呼ば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、ライトの移動距離が長くなります。 その結果、最初と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）

これらの非常に遠い物体からの光は、空間の膨張のために引き伸ばされています。 これは宇宙赤方偏移として知られています。 光が遠ければ遠いほど、赤方偏移は大きくなります。 実際、初期の宇宙からの可視光は非常に引き伸ばされているので、私たちに届くと赤外線に変わります。 Webbは、赤外線で調整された一連の機器を備えているため、このタイプの光の研究に非常に適しています。

クエーサー、それらの銀河、それらのホスト環境、およびそれらの強力な流れの研究

チームが研究するクエーサーは、宇宙で最も遠いクエーサーであるだけでなく、最も明るいクエーサーでもあります。 これらのクエーサーは通常、ブラックホールの質量が最も大きく、降着率も最も高くなります。つまり、物質がブラックホールに落ちる速度です。

「私たちは最も明るいクエーサーを観測することに興味を持っています。なぜなら、それらがコアで生成する非常に大量のエネルギーは、クエーサーの流れや加熱などのメカニズムを通じてホスト銀河に最大の影響を与えるはずだからです」とクリスは言いました。 ブリティッシュコロンビア州ビクトリアにあるカナダ国立研究評議会（NRC）のヘルツベルク天文学および天体物理学研究センターの研究科学者であるウィロット。 ウィロットはCSAのWebbプロジェクトサイエンティストでもあります。 「これらのクエーサーがホスト銀河に最大の影響を与える瞬間に、これらのクエーサーを観測したいと思います。」

超大質量ブラックホールに物質が蓄積すると、大量のエネルギーが放出されます。 このエネルギーは熱くなり、周囲のガスを外側に押し出し、津波のように星間空間を裂く強力な流出を引き起こし、ホスト銀河に大混乱を引き起こします。

超大質量ブラックホールからのジェットと風がどのようにホスト銀河に影響を与えるかを見てください-そして何百万年もの間何十万光年も離れた場所にあります。 クレジット：NASA、ESA、およびL. Hustak（STScI）

流出は銀河の進化において重要な役割を果たします。 ガスは星形成を促進するため、流出によってガスが除去されると、星形成の速度が低下します。 場合によっては、流出が非常に強いため、大量のガスを放出して、ホスト銀河内の星形成を完全に止めることができます。 科学者たちはまた、流出が、ガス、塵、および元素が銀河内の長距離にわたって再分配される、あるいは銀河間空間、つまり銀河間媒体に放出される可能性がある主なメカニズムであると信じています。 これは、ホスト銀河と銀河間媒体の両方の特性に根本的な変化を引き起こす可能性があります。

宇宙の再電離の時代の銀河間空間の性質を調べる

130億年以上前、宇宙が非常に若かった頃、風景は決して澄んでいませんでした。 銀河間の中性ガスは、宇宙をある種の光に対して不透明にしました。 何億年もの間、銀河間媒体の中性ガスは帯電またはイオン化され、紫外線を透過します。 この時期を再電離の時代といいます。 しかし、今日の宇宙のほとんどで検出される「明らかな」状態を作り出した再電離につながったのはなぜですか？ ウェッブは宇宙の歴史におけるこの主要な変化についてのより多くの情報を集めるために宇宙を掘り下げます。 この観測は、天体物理学の主要なフロンティアの1つである再電離の時代を理解するのに役立ちます。

チームは、クエーサーを背景光源として使用して、私たちとクエーサーの間のガスを研究します。 このガスは特定の波長のクエーサー光を吸収します。 イメージング分光法と呼ばれる技術を通じて、彼らは干渉ガスの吸収線を探します。 そして、クエーサーが明るいほど、スペクトル内のそれらの吸収線の特徴は強くなります。 ガスが中性であるかイオン化されているかを判断することにより、科学者は宇宙がどれほど中性であるか、そしてこの再電離プロセスがその特定の時点でどれだけ発生するかを学びます。

ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡は、統合フィールドユニット（IFU）と呼ばれる革新的な機器を使用して、画像とスペクトルを同時にキャプチャします。 このビデオでは、IFUの仕組みの基本的な概要を説明します。 クレジット：NASA、ESA、CSA、およびL. Hustak（STScI）

「宇宙を研究したいのなら、非常に明るい背景の情報源が必要です」と、カナダ宇宙庁に所属しているが宇宙望遠鏡科学研究所で機器科学者として働いているチームメンバーのカミラパシフィシは言いました。クエーサーは完璧なものです。遠方の宇宙では、十分に明るいので、よく見ることができます。ボルチモアでは、「宇宙は進化しているので、初期の宇宙を研究したいと思っています。そして、それがどのように始まったかを知りたいのです。」

チームは、NIRSpecを使用してクエーサーからの光を分析し、天文学者が水素やヘリウムより重い元素である「金属」と呼ぶものを探します。 これらの元素は最初の星と最初の銀河で形成され、流出によって追い出されました。 ガスは、元々配置されていた銀河から銀河間物質に移動します。 チームは、これらの最初の「金属」の生成と、これらの初期の流出によって銀河間媒体に押し込まれる方法を測定することを計画しています。

Webパワー

Webbは、非常に低レベルの光を検出できる高感度の望遠鏡です。 クエーサーは本質的に非常に明るいですが、このチームが観測するものは宇宙で最も遠い天体の1つであるため、これは重要です。 実際、それらは非常に離れているため、Webbが受信する信号は非常に低くなっています。 Webbの驚くべき感度によってのみ、この科学を達成することができます。 Webbはまた、優れた角度分解能を提供し、クエーサーの光をそのホスト銀河から分離することを可能にします。

ここで説明されているクエーサープログラムは 保証されたタイムノート NIRSpecの分光機能を含みます。

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ます。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。