うお座とアンドロメダ座の間の広大な空には、2万個以上の銀河がきらめいています。しかし、この眺めはただ目を引く光景というだけでなく、天文学者たちが再電離期、つまり不透明な宇宙が透明な宇宙へと変わった時代の原因を解明するのにも役立っています。
宇宙の初期の時代は、光の透過できる量が限られていた高密度のガスに覆われていました。宇宙が誕生してから約4億年から10億年が経った頃、ガスに覆われた宇宙は徐々に透明になり、ついには全体が光に対して透明になりました。
再電離期は、一体何が起こったのかを私たちが理解する上で極めて重要でした。間もなく世界最大の電波望遠鏡となるスクエア・キロメートル・アレイは、この謎めいた時代に焦点を当てています。
ビッグバンから約137億年が経過した現在、ウェッブ氏は、何が変わったのかを正確に理解するために、その最も古い時代まで遡って観察する洞察力を持っている。
上の画像の中央には、6つの回折スパイク（ウェッブの撮影によるアーティファクト）を持つピンク色の光源があります。この光源はクエーサーJ0100+2802です。これは非常に明るい銀河核で、ウェッブとの間にあるガスを照らしています。
この合成画像には、ウェッブのNIRCam機器による複数の露出画像が、異なるフィルターを通して撮影されています。すべての露出画像は2022年8月22日に撮影されました。当社のウェブサイトでは画像の縮小版しか扱えませんが、127メガバイトの壮大なサイズはこちらでご覧いただけます。
天文学者のチームはウェッブ氏と協力して、クエーサーの光を利用して宇宙最初の10億年間の100以上の銀河を研究し、クエーサーと望遠鏡の間にある59個の銀河に焦点を当てた。
「再電離時代に存在した銀河を数十個特定できると予想していましたが、117個も簡単に見つけることができました」と、名古屋大学の天文学者で、論文の筆頭著者である樫野大地氏は述べた。「ウェッブ氏は私たちの期待をはるかに上回る成果を上げました。」
研究者らは、ウェッブのデータと、ケック天文台、ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡、ラス・カンパナス天文台のマゼラン望遠鏡によるこれまでのクエーサーの観測結果を比較した。
彼らの研究結果は、本日アストロフィジカル・ジャーナル誌に掲載された3本の別々の論文で発表されました。1本は若い銀河によって引き起こされた再電離の証拠に焦点を当て、2本目は銀河内の星とガスの分光分析を記述し、3本目は研究全体の中心となるクエーサーに焦点を当てています。
研究者たちは、銀河の周囲の領域が透明な泡になっていることを発見した。これは、銀河自体が宇宙の再イオン化に関与していることを示唆している。
「再電離の真っ只中を振り返ると、非常に明確な変化が見られます」と、スイスのチューリッヒ工科大学の天文学者で、研究チームのリーダーでもある研究共著者のサイモン・リリー氏は、宇宙望遠鏡科学研究所（STSI）の発表で述べた。「数十億個の星からなる銀河は、周囲のガスを電離させ、実質的に透明なガスへと変化させています。」
クエーサーからの光は、光がガスに吸収されている場所（つまり、その領域はまだ再イオン化されていない）や移動を続けている場所（その領域はより透明である）を正確に示していた。同発表によると、銀河の周りの透明領域は、一般的に幅約200万光年であった。
銀河の周囲の透明な領域が膨張して結合し、最終的に宇宙全体が透明になりました。
ウェッブ単独では解明できない重要な点の一つは、この明るいクエーサーが宇宙進化の初期段階でいかにしてこれほど巨大化したかという点です。J0100+2802の質量は太陽の約100億倍です。ブラックホールの進化の過程は依然として難問であり、天体物理学者はまだ超大質量ブラックホールがどのようにして超大質量ブラックホールになるのか、そしてなぜ中間質量ブラックホールがそれほど少ないように見えるのか（恒星質量や超大質量ブラックホールは数多く存在するのに）を解明できていません。
ウェッブ氏は古代の銀河の深宇宙撮影に関してはかなりの熱意を持っており、先週には上の画像の2倍の銀河（合計45,000個）を撮影した深宇宙画像が公開されたばかりだ。
ウェッブの視線は揺るぎなく、多くの研究者がそのデータを精査するなかで、かつては曖昧だった初期宇宙の進化が明らかになりつつある。
続き：天体物理学者が地球に最も近いブラックホールを発見
