ＮＡＳＡの次世代宇宙望遠鏡、「宇宙の夜明け」の観測に期待

【パリＡＦＰ＝時事】深遠な宇宙を見通し、何十億年もの時間をさかのぼる──ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（ＪＷＳＴ）は、最初期の銀河が形成され始めた「宇宙の夜明け」を、かつてないほど鮮明に見せてくれると期待されている。（写真は米航空宇宙局＜ＮＡＳＡ＞のジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のイメージ画）
　大きさ・性能ともに史上最高とされるウェッブ宇宙望遠鏡は、１９９０年に打ち上げられたハッブル宇宙望遠鏡（ＨＳＴ）の後継機となる。
　「これまで見たことのない宇宙空間と時代の一部を直接観測する」と米航空宇宙局（ＮＡＳＡ）は説明している。これは、宇宙が誕生したビッグバンからわずか数億年後の幼年期の宇宙のことだ。
　ＮＡＳＡのゴダード宇宙飛行センターの機器システムエンジニア、ベゴニア・ビラ氏は記者会見で「非常に高い科学的目標を念頭に置いている」とし、ウェッブは、宇宙で最初の銀河が誕生した時代まで１３５億年をさかのぼって観測すると語った。
　ウェッブが目指すのは、宇宙最初期の銀河がどのように変化・進化して、現在人間が生きているような銀河に至るのかを観測すること、宇宙の進化の中で生まれた第１世代の星「ファーストスター（初代星）」を調査すること、水・二酸化炭素（ＣＯ２）・メタンといった現在、生命の兆候と見なされている成分の検出を試みることだと、ビラ氏は説明した。
　より遠くの宇宙を見ることは、より時間をさかのぼって見ることを意味する。例えば、地球上にいる私たちが見ている太陽は、８分前の太陽の姿だ。
　ハッブルは能力を限界まで発揮し、観測史上最古の１３４億年前の銀河「ＧＮ－ｚ１１」を発見した。
　ハッブルは主に可視光で観測を行っているが、後継機となるウェッブは赤外線に焦点を合わせている。
　ＮＡＳＡによると、宇宙最初期の天体から発せられた光は、宇宙の継続的な膨張による「赤方偏移（波長が長い、赤い方へずれる現象）」を受け、地球には赤外線として届いている。
　ウェッブはハッブルに比べて感度がはるかに高いため、ずっと詳細な画像の入手が期待される。スイスの天体物理学者パスカル・エッシュ氏は「これまでよりずっと多くの、はるかに光の弱い銀河の存在が明らかになるに違いない」と述べている。
　また、星の光を吸収し、ハッブルの視野を遮っている星間塵（じん）の雲を、ウェッブの赤外線観測能力ならば透視できるため、「雲の中に隠されている、恒星や銀河の誕生の様子の観測が可能になる」と天文学者は指摘している。

■宇宙の夜明け「再電離」
　ウェッブ宇宙望遠鏡の大きな目標は、宇宙の進化における重要な局面、つまりファーストスターが形成され始めた時期の説明の一助となることだと、エッシュ氏は話す。
　ビッグバンによって宇宙の膨張が始まってから、ほぼ光のない時代に突入した。この暗黒時代の宇宙は、水素とヘリウムのガスの霧が渦巻いている状態だった。
　この時代が数億年続いた後、ついにファーストスターが形成され始めた。
　ファーストスターは太陽の最大３００倍の質量を持つ巨星で、わずか数百万年で燃え尽き、超新星爆発を起こしたと考えられている。
　ファーストスターがいつ、どのようにして形成されたかは、明らかになっていない。まだ理論上の存在でしかない謎の物質「暗黒物質（ダークマター）」が関与したとする説もある。
　これは、宇宙の進化において極めて重要な時期だ。大質量星からの放射により、水素原子が再び陽子と電子に分かれる「再電離」が起きたからだ。
　電離が進むと、宇宙は星からの放射に対してますます透明になり、最終的に現在の宇宙空間の大半で検出される「霧が晴れた」状態に至った。
　再電離現象の研究では、銀河の形成過程を詳しく調べる。
　ウェッブに期待されているのは「第２世代の星を含む初代の銀河」の観測だ。「この観測によって、初代星に関する何らかの情報が得られるかもしれない」と、天文学者は話している。【翻訳編集ＡＦＰＢＢＮｅｗｓ】

〔ＡＦＰ＝時事〕（2021/12/27-12:36）

Peering into deep space and billions of years back in time, the James Webb telescope promises to offer the clearest glimpse yet of the Universe's cosmic dawn, when the earliest galaxies began to form.
The largest and most powerful telescope ever to be launched into space, which will take over from Hubble, will directly observe a part of space and time never seen before, says NASA.
This is the Universe in its youth, just a few hundred million years after the Big Bang.
With very lofty science goals in mind, Webb will look back 13.5 billion years to when the first galaxies evolved in the Universe, said Begonia Vila, instrument systems engineer at NASA's Goddard Space Flight Center in a briefing.
It aims to allow us to observe how they change and evolve to get to the type of galaxy where we live in today, she said, as well as looking at the first stars and trying to detect the type of elements that we identify as a sign of the life as we know it; water, carbon dioxide, methane.
Looking farther into space means looking farther back in time because of how long it takes for light to travel -- sunlight, for example, takes eight minutes to reach our eyes on Earth.
Hubble reached its limit at 13.4 billion years, with the discovery of the oldest galaxy yet observed, GN-z11.
That ancient galaxy may have been an unprepossessing little dot but it was also a surprise, with a luminosity that one did not expect at such a distance, said the Swiss astrophysicist Pascal Oesch, who first reported GN-z11.
Hubble, which was launched in 1990, looks mainly at visible light -- but Webb, set to launch on December 22, focuses on infrared.
Light emitted by the very first luminous objects has been redshifted by the Universe's continual expansion, according to NASA, arriving today as infrared.
Webb, with its significantly greater sensitivity than Hubble, is expected to provide much more detailed images, which Oesch said will allow us to explore this era in extraordinary detail.
He is betting that many, many more galaxies will then be revealed, but they will be much less luminous.
Its infrared capability will also allow Webb to penetrate the interstellar dust clouds that absorb starlight and hide them from Hubble's view.
This makes it possible to see what is hidden in the clouds, the birth of stars and galaxies, said David Elbaz, an astrophysicist at the French Atomic Energy Commission.
- Lights, action -
Webb has been jointly developed by NASA, the European Space Agency and the Canadian Space Agency.
The ambition is to help explain a key stage in the evolution of the Universe, when the lights went on, when the very first stars began to form, said Oesch.
After the Big Bang triggered the expansion of the Universe, it entered a virtually lightless period, the cosmic dark ages, where it was cast in a gaseous fog of hydrogen and helium swirled, making it opaque.
This period continued for hundreds of millions of years until the first stars began to form.
These are thought to have been giants -- up to 300 times more massive than our Sun -- that burnt only for a few million years before exploding as supernovae.
How and when those first stars were formed remains uncertain. One idea is that dark matter -- a substance whose existence is so far still theoretical -- played a role.
This was a crucial time in the Universe's evolution, with the radiation from these massive stars able to split hydrogen atoms back into electrons and protons -- ionising them.
As it ionised, the Universe became more transparent, leading eventually to the clear conditions now detected in much of Space.
To study this phenomenon is to investigate the formation of galaxies.
The hope with Webb is to see the first galaxies, which carry the second generation of stars, which will perhaps teach us things about the first, said Nicole Nesvadba, astronomer at the Lagrange laboratory of the Observatory of the Riviera.
And this, experts hope, will ultimately provide clues to our own existence.
If we really want to know where our atoms came from, and how the little planet Earth came to be capable of supporting life, we need to measure what happened at the beginning, said John Mather, senior project scientist for the Webb telescope, in comments on the project's website.