ハワイの強力なすばる望遠鏡は、これまでに見られた中で最も遠い銀河を発見しました。これは、12億8800万光年離れたところにあります。これは、ビッグバンからわずか7億8000万年です。この遠くにある物体を観測することは、距離が長いためだけでなく、宇宙のほとんどが中性水素の背後に隠れていたために非常に困難です。その後、星はこの中性水素を取り除き、宇宙を透明にしました。
ハワイのすばる望遠鏡を使用する天文学者は、他のどの天文学者よりも6千万年前にさかのぼって、宇宙で最も遠い既知の銀河を見つけました。そうすることで、彼らは、知られている最も遠くで最も古い銀河を見つけるためのスバルの記録を支持しています。彼らの最も最近の発見は、I0K-1と呼ばれる銀河であり、それは遠く離れているため、天文学者は128.8億年前に出現したようにそれを見ています。
この発見は、国立天文台（国立天文台）の伊江正典、東京大学の太田和明、国立天文台の樫川信成などの観測に基づいており、銀河は宇宙が誕生してから7億8千万年しか存在しなかったことを示しています。約136.6億年前の素粒子の熱いスープとして。
この銀河からの光を検出するために、天文学者は特別なフィルターを備えたすばる望遠鏡のSuprime-Camカメラを使用して、候補となる遠方の銀河を探しました。彼らは41,533個の天体を発見し、それらの中から2つの候補となる銀河を見つけて、スバルのかすかな天体カメラと分光器（FOCAS）を使用してさらに研究を進めました。彼らは、2つのうち明るい方のIOK-1の赤方偏移が6.964であることを発見し、128.8億光年の距離を確認しました。
この発見により、天文学者はビッグバンから7億8億から8億4千万年の間に何が起こったかを正確に突き止めることができます。 IOK-1は、この遠い時代に属している可能性がある新しい研究のたった2つの銀河の1つです。ビッグバンから8億4,000万年後に発見された銀河の数を考えると、研究チームはこの距離で最大6つの銀河を見つけることを期待していました。 IOK-1のようなオブジェクトの比較希少性は、宇宙が2つのエポックを隔てる6000万年の間に変化したに違いないことを意味します。
起こったことの最もエキサイティングな解釈は、宇宙の再イオン化として天文学者に知られている出来事を見ているということです。この場合、ビッグバンから7億8千万年経った今も、宇宙には十分な中性水素があり、若い銀河の熱い星からの光を吸収することによって、若い銀河の視界を遮っていました。 6000万年後、残りの中性水素をイオン化して宇宙を透明にし、私たちが彼らの星を見ることができるのに十分な熱い若い星がありました。
結果の別の解釈によると、ビッグバンから7億8000万年後の大きくて明るい若い銀河は、6000万年後よりも少ないとされています。この場合、ほとんどの再電離は128.8億年前に行われたはずです。
最終的にどちらの解釈が優勢であっても、この発見は天文学者が現在宇宙の「暗黒時代」から光を発していることを示しています。これは、第一世代の星や銀河が誕生した時代であり、天文学者がこれまで観測できなかった時代です。
背景情報：
特別なフィルターを使用した初期宇宙の考古学
新生銀河には、さまざまな質量の星が含まれています。重い星は温度が高く、近くのガスを加熱して電離する紫外線を放出します。ガスが冷えると、過剰なエネルギーが放出され、中性状態に戻ることができます。このプロセスでは、水素は常にライマンアルファ線と呼ばれる121.6ナノメートルで発光します。多くの熱い星を持つ銀河は、この波長で明るく輝くはずです。星が一度に形成される場合、最も明るい星が1000万から1億年の間ライマンアルファ放射を生成する可能性があります。
宇宙の初期に存在するIOK-1のような銀河を研究するために、天文学者は宇宙が拡大するにつれて、より長い波長に引き伸ばされて赤方偏移するライマンアルファ光を探さなければなりません。ただし、700ナノメートルよりも長い波長では、天文学者は地球自身の大気中のOH分子からのフォアグラウンド放出に対処する必要があり、遠くの物体からのかすかな放出を妨害します。
遠方の銀河からのかすかな光を検出するために、研究チームは、711、816、921ナノメートルの窓を通して、地球の大気があまり明るくならない波長で観測していました。これらのウィンドウは、それぞれ4.8、5.7、および6.6の赤方偏移を持つ銀河からの赤方偏移されたライマンアルファ放射に対応しています。これらの数値は、現在と比べて宇宙がどれだけ小さいかを示しており、ビッグバンから12億6000万年、10億1000万年、8億4000万年後に相当します。これは、科学者が発掘のさまざまな層を確認できるようにする特定のフィルターを使用して、初期宇宙の考古学を行うようなものです。
彼らの壮大な新しい結果を得るために、チームは約973ナノメートルの波長の光に敏感なフィルターを開発する必要がありました。この波長は、1000ナノメートルより長い波長で感度を失う最新のCCDの限界にあります。 NB973と呼ばれるこの種のフィルターは多層コーティング技術を使用しており、開発に2年以上かかりました。フィルターは、波長が約973ナノメートルの光を通過させるだけでなく、望遠鏡の主焦点の視野全体を均一にカバーする必要もありました。チームはAsahi Spectra Co.Ltdと協力して、SubaruのFaint Object Cameraで使用するプロトタイプフィルターを設計し、その経験を使用してSuprime-Camのフィルターを作成しました。
観察
NB973フィルターによる観測は、2005年の春に行われました。15時間を超える曝露時間の後、得られたデータは24.9の限界等級に達しました。この画像には41,533個のオブジェクトが含まれていますが、他の波長で撮影された画像と比較すると、NB973画像でのみ2つのオブジェクトのみが明るくなっていることがわかりました。チームは、これらの2つの天体のみが赤方偏移7.0の銀河である可能性があると結論付けました。次のステップは、2つのオブジェクトIOK-1とIOK-2の同一性を確認することでした。チームは、すばる望遠鏡のかすかなオブジェクトカメラとスペクトログラフ（FOCAS）でそれらを観察しました。 8.5時間の露光時間の後、チームは2つのオブジェクトのうち明るい方のIOK-1から輝線のスペクトルを得ることができました。そのスペクトルは、遠方の銀河からのライマンアルファ放出に特徴的な非対称プロファイルを示しました。輝線は、968.2ナノメートル（赤方偏移6.964）の波長を中心としており、128億8千万光年の距離とビッグバンから7億8000万年の時間に相当します。
第二候補銀河の正体
3時間の観察時間では、IOK-2の性質を決定する決定的な結果は得られませんでした。その後、研究チームは現在分析中のデータをさらに入手しました。 IOK-2が別の遠方の銀河であるか、明るさが変化するオブジェクトである可能性があります。たとえば、超新星やブラックホールを持つ銀河は、NB973フィルターでの観測中にたまたま明るく見えた物質を積極的に飲み込んでいます。 （他のフィルターでの観察は、1〜2年前に行われました。）
スバルディープフィールド
すばる望遠鏡は、最も遠方の銀河を探すのに特に適しています。世界のすべての8〜10メートルクラスの望遠鏡の中で、これは主焦点にカメラを取り付けることができる唯一の望遠鏡です。望遠鏡の管の上部にある主な焦点には、広い視野という利点があります。その結果、スバルは現在、最も遠い既知の銀河のリストを支配しています。これらの多くは、研究チームが多くの波長で熱心に研究するために選択したスバル深海と呼ばれる星座昏睡ベニスの方向にある空の領域にあります。
宇宙の初期の歴史と最初の銀河の形成
このスバルの成果を文脈に反映するには、初期宇宙の歴史について私たちが知っていることを確認することが重要です。宇宙はビッグバンから始まりました。ビッグバンは約136.6億年前に、極端な温度と圧力の激しい混乱の中で発生しました。最初の3分以内に、幼児の宇宙は急速に膨張および冷却され、水素やヘリウムなどの軽元素の核が生成されますが、重元素の核はほとんど生成されません。 38万年の間に、物事は約3,000度の温度に冷やされました。その時点で、電子と陽子が結合して中性水素を形成する可能性があります。
電子が原子核に結合したため、光は電子に散乱されることなく空間を移動できます。宇宙を透過した光を実際に検出することができます。ただし、時間と距離により、1,000倍に拡大されており、マイクロ波として検出された放射線（宇宙マイクロ波背景と呼ばれます）で宇宙が満たされています。ウィルキンソンマイクロ波異方性プローブ（WMAP）宇宙船はこの放射線を研究し、そのデータにより天文学者は約136.6億年で宇宙の年齢を計算することができました。さらに、これらのデータは暗黒物質やさらに謎めいた暗黒エネルギーなどの存在を示唆しています。
天文学者は、ビッグバン後最初の数億年の間、宇宙は冷え続け、星と銀河の第一世代が物質と暗黒物質の最も密度の高い領域に形成されたと考えています。この期間は宇宙の「暗黒時代」として知られています。これらの出来事の直接の観測はまだないため、天文学者はコンピュータシミュレーションを使用して、理論的予測と既存の観測証拠を結び付け、最初の星と銀河の形成を理解しています。
明るい星が生まれると、それらの紫外線は近くの水素原子をそれらを別々の電子と陽子に戻すことによってイオン化することができます。ある時点で、宇宙のほとんどすべての中性水素をイオン化するのに十分な明るい星がありました。このプロセスは、宇宙の再イオン化と呼ばれます。再イオン化の時代は、宇宙の暗黒時代の終わりを示しています。今日、銀河の間の空間にある水素のほとんどはイオン化されています。
再イオン化の時代の特定
天文学者は、再イオン化が宇宙の誕生から2億9千万年から9億1千万年の間に発生したと推定しています。再イオン化の時代の始まりと終わりを正確に特定することは、宇宙がどのように進化するかを理解するための重要な足がかりの1つであり、宇宙論と天体物理学の熱心な研究分野です。
過去を振り返ると、銀河はどんどん希少になってきているようです。赤方偏移が7.0（ビッグバンから約7億8千万年後の時間に相当）の銀河の数は、天文学者が赤方偏移が6.6（ビッグバンから約8億4000万年後の時間に相当）で見る銀河の数よりも少ないようです。 。赤方偏移が7.0の既知の銀河の数はまだ少ない（たった1つです！）ため、堅牢な統計比較を行うことは困難です。しかし、より高い赤方偏移での銀河の数の減少は、より高い赤方偏移での銀河からのライマンアルファ放射を吸収する中性水素の存在が原因である可能性があります。さらなる研究により、類似の銀河の数密度が6.6と7.0の間の赤方偏移で減少していることが確認できる場合、それはIOK-1が宇宙の再イオン化の時代に存在したことを意味する可能性があります。
これらの結果は、Natureの2006年9月14日版で公開されます。
元のソース：スバルニュースリリース
