初期宇宙には大量の酸素が存在していたことがJWSTで明らかに – Physics World

天文学者らは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の最先端の分光器を使用して、多くの古代銀河で星間酸素がこれまで考えられていたよりもはるかに豊富であったという証拠を発見した。 によって導かれて 中島公彦 国立天文台の研究チームは、彼らの観測によって初期宇宙への理解が深まることを期待している。

ビッグバンは、水素とヘリウム、および少量のリチウムからなる初期宇宙を創造しました。そして、この物質が合体して最初の星や銀河が形成されました。 その後、これらの星の中心部での核融合によって、酸素などのより重い元素が生成されました。 星が超新星として爆発すると、重元素が銀河全体に拡散し、宇宙の化学組成が永久に変化しました。

「気相金属量」は、銀河内のこれらの重い元素の存在量を説明する観測パラメータです (天文学者はヘリウムより重い元素すべてに対して金属という用語を使用します)。 その値は、銀河の進化の歴史を理解するだけでなく、生命の構成要素となる可能性のある複雑な分子がいつ出現し始めるかを予測するためにも重要です。

信頼できるゲージ

銀河の気相金属性を示す信頼できる指標は、星間物質中のイオン化酸素の量です。 この存在量は、酸素が発する特徴的な光を観察することで判断できます。 しかし、ごく初期の宇宙を観察する場合、このアプローチには限界があります。

「これまでの観測で、ビッグバンから約XNUMX億年後の銀河に豊富な酸素が存在することがすでに明らかになっていました」と中島教授は説明する。 「しかし、さらに昔に存在した銀河からの光は宇宙の膨張によって大きな影響を受け、近赤外線の範囲にシフトします。」

さて、中島らはJWSTを使ってこの赤方偏移した光を観測した。 近赤外分光器 (NIRSpec) – そしてこれにより、古代銀河の気相金属量の測定において画期的な進歩を遂げることができました。

画期的な観測

「私たちは 138 億年以上前に存在した 12 個の古代銀河を特定し、それらの酸素存在量を決定しました。これは、JWST の打ち上げ前にはほぼ不可能なレベルの分析でした」と中島氏は熱意を込めて述べています。 「私たちは高度な分析技術を開発し、NIRSpec データに厳密に適用し、以前の研究の数倍の規模で分析を実施しました。」

JWST分光計が遠方銀河の赤方偏移を精密化

彼らの結果は、NIRSpec によって観測された最古の銀河のうち、少数を除いてすべてにおいて、星間物質の組成が驚くほどよく知られていたことを明らかにしました。 「ほとんどの銀河には、現代の銀河と同様の酸素が豊富に存在していました」と中島氏は言う。 しかし、宇宙が誕生してわずか 500 億年から 700 億年しか経っていないときに存在した最も古い銀河のうち XNUMX つは、現代の銀河よりもはるかに少ない酸素を持っていました。

この発見により、研究チームは宇宙の元素組成が変化し始めた時期をより正確に特定することができた。 「この結果は、宇宙誕生後の最初の500億年から700億年の間に、銀河内の酸素の存在量が急速かつ劇的に増加したことを示しています」と中島教授は言う。 「この発見は、酸素のような必要な成分が初期宇宙ですでに容易に入手可能であったため、生命がこれまで考えられていたよりも早く出現した可能性があることを示唆しているかもしれません。」

研究チームは、この突然の変化は、初期宇宙における星形成の性質の違いや、銀河に出入りする物質の違いによって引き起こされた可能性があると推測している。 NIRSpec によるさらなる観測と、より詳細な統計計算を組み合わせることで、今後の研究でより堅牢な理論を構築することを目指しています。

所見については、 天体物理ジャーナル付録シリーズ.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/lots-of-oxygen-existed-in-the-early-universe-jwst-reveals/