重力レンズのおかげで、天文学者は90億光年離れた個々の星を見ることができます

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宇宙で最も遠い物体を研究する場合、天文学者はしばしば重力レンズ効果と呼ばれる技術に依存します。アインシュタインの一般相対性理論の原理に基づいて、この手法では、物質(銀河団や星など)の大規模な分布に依存して、遠くの物体からの光を拡大し、それによって明るくて大きく見えるようにします。

この手法により、遠方の銀河にある個々の星の研究が可能になりました。最近の研究では、天文学者の国際チームが銀河団を使用して、宇宙でこれまでに見られた最も遠い個々の星を研究しました。通常は気が遠くなるのですが、フォアグラウンドの銀河団の存在により、暗黒物質に関する理論をテストするために、チームは星を研究することができました。

彼らの研究を説明する研究は最近科学雑誌に掲載されました 自然天文学 「銀河団レンズによる赤方偏移1.5での個々の星の極端な倍率」というタイトルで。この研究は、ミネソタ大学の助教授であるパトリックL.ケリーが主導し、ラスクンブレス天文台、国立光学天文台、ハーバードスミスソニアン天体物理学センター(CfA)、エコールポリテクニックフェデラーレデローザンヌのメンバーが参加しました。 (EPFL)、および複数の大学と研究機関。

研究のために、ケリー教授とその仲間たちは、MACS J1149 + 2223として知られる銀河団をレンズとして使用しました。地球から約50億光年離れた位置にあるこの銀河団は、太陽系とイカルスを含む銀河の間に位置しています。ハッブルの解像度と感度をこの重力レンズの強さと組み合わせると、チームは青い巨人であるイカルスを見て研究することができました。

イカロスは太陽に近づきすぎたギリシャ神話の人物にちなんで名付けられましたが、かなり興味深い歴史があります。地球からおよそ90億光年離れたところにある星は、宇宙がちょうど44億年前のときのように見えます。 2016年4月、MACS J1149 + 2223の星の重力増幅により、恒星は一時的に通常の光度の2,000倍に明るくなりました。

ケリー教授が最近のUCLAのプレスリリースで説明したように、これは一時的にイカロスが天文学者に初めて見えるようになった:

「そこには個々の銀河が見えますが、この星は、超新星爆発を除いて、研究可能な次の個々の星よりも少なくとも100倍遠くにあります。」

ケリーと天文学者のチームは ハッブル MACS J1149 + 2223は、遠方にある渦巻銀河の超新星を拡大して監視し、遠くにない新しい光の点を発見したときに監視します。新しい情報源の位置を考慮して、彼らはそれが超新星よりもはるかに大きく拡大されるべきであると決定しました。さらに、この銀河に関するこれまでの研究では光源が示されておらず、レンズが付いていることが示されていました。

UCLAカレッジの物理学と天文学の教授であり、研究の共著者であるTommaso Treuは、次のように述べています。

「星は非常にコンパクトなので、ピンホールとして機能し、非常に鋭い光線を提供します。ビームは前景の銀河団を通して輝き、宇宙の拡大鏡として機能します…そのような出来事をさらに見つけることは、宇宙の基本的な構成を理解する上で非常に重要です。

この場合、星の光は、宇宙に浸透する目に見えない質量(別名「暗黒物質」)に関する理論をテストするユニークな機会を提供しました。基本的に、チームは背景の星が提供するピンポイントの光源を使用して、介在する銀河団を調べ、暗黒物質の潜在的な候補と考えられる原始ブラックホールが大量に含まれているかどうかを確認しました。

これらのブラックホールは宇宙の誕生の間に形成されたと考えられており、太陽の数十倍の質量があります。しかし、このテストの結果は、背景の星からの光の変動が、 ハッブル 13年間、この理論を嫌う。暗黒物質が実際に小さなブラックホールで構成されている場合、イカルスからの光はかなり異なって見えたでしょう。

2016年に重力レンズ法を使用して発見されて以来、イカルスは天文学者が遠方の銀河内の個々の星を観察および研究するための新しい方法を提供してきました。そうすることで、天文学者は初期の宇宙の個々の星を珍しく詳細に見ることができ、それらが(銀河やクラスターだけでなく)時間とともにどのように進化したかを見ることができます。

とき ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST)は2020年に導入され、天文学者はさらによく見えるようになり、宇宙の歴史におけるこの不思議な期間について多くを学ぶことを期待しています。

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