画像クレジット：ESO
ハワイに拠点を置く天文学者のチームは、128億光年離れた遠方の銀河を発見しました。これは、9億年前の宇宙の様子を示しています。彼らは、非常に特定の光の周波数で遠くの物体を探すカナダ-フランス-ハワイ望遠鏡に設置された特別なカメラを使用して銀河を発見しました。星ミラのすぐ近くにある、セタスの星座にあるこの銀河を明らかにすることで、チームは遠い天体を発見するための新しい方法論を開発しました。
望遠鏡と機器の改良により、最近まで天文学者の夢だった、非常に遠くのかすかな銀河の観測が可能になりました。
そのようなオブジェクトの1つは、マウナケア（米国ハワイ州）のカナダ-フランス-ハワイ望遠鏡に設置された広視野カメラを備えた天文学者のチーム[2]によって、極端に遠い銀河の捜索中に発見されました。 「z6VDF J022803-041618」と指定され、その異常な色のために検出されました。狭い近赤外帯域の光を分離する特別な光学フィルターを通して得られた画像でのみ表示されます。
ESO超大型望遠鏡（VLT）でのFORS2マルチモード装置によるこのオブジェクトのフォローアップスペクトルは、それが非常に遠方の銀河であることを確認しました（赤方偏移は6.17です[3]）。それは、宇宙がまだ約9億年前のものだったと見られています。
z6VDF J022803-041618は、これまでにスペクトルが取得されている最も遠い銀河の1つです。興味深いことに、それはその巨大な星によって放出された光のために発見されたものであり、当初予想されたように、水素ガスによる放出からではありません。
初期宇宙の簡単な歴史
ほとんどの科学者は、宇宙がビッグバンの高温で非常に密度の高い初期状態から発生したことに同意しています。最新の観測では、この重要なイベントは約13億7千万年前に発生したことが示されています。
最初の数分の間に、陽子と中性子を持つ大量の水素とヘリウムの核が生成されました。自由電子もたくさんあり、次の時代に、これらと原子核から多数の光子が散乱しました。この段階では、宇宙は完全に不透明でした。
約10万年後、宇宙は数千度にまで冷却され、原子核と電子が結合して原子を形成しました。その後、光子はこれらから散乱されなくなり、宇宙は突然透明になりました。宇宙学者たちはこの瞬間を「組換え時代」と呼んでいます。今私たちが全方位から観測しているマイクロ波背景放射は、その遠い時代の宇宙における非常に均一な状態を示しています。
次のフェーズでは、原始原子（その99％以上が水素とヘリウムであった）が一緒に移動し、星や銀河が後に出現する巨大な雲を形成し始めました。第一世代の星、そして幾分後の最初の銀河とクエーサー[4]は、強力な紫外線を生成しました。しかし、宇宙はずっと前に透明になったという事実にもかかわらず、その放射線はそれほど遠くまで伝わらなかった。これは、紫外（短波長）光子が水素原子によってすぐに吸収され、それらの原子から電子を「ノック」する一方で、長波長光子ははるかに遠くまで移動できるためです。したがって、銀河間ガスは、イオン化源の周りの着実に成長している球体で再びイオン化されました。
ある時点で、これらの球は非常に大きくなり、完全に重なりました。これは「再イオン化の時代」と呼ばれます。それまでは、紫外線は原子に吸収されていましたが、宇宙もこの放射線を透過するようになりました。以前は、これらの最初の星や銀河からの紫外光は遠くでは見ることができませんでしたが、今や宇宙は突然明るい物体でいっぱいに見えました。このため、「再結合」と「再イオン化」のエポック間の時間間隔は「暗黒時代」と呼ばれます。
「暗黒時代」が終わったのはいつですか？
再電離の正確な時期は天文学者の間で活発な議論の対象となっていますが、地上と宇宙の観測からの最近の結果は、「暗黒時代」が数億年続いたことを示しています。これらの初期の出来事がいつ発生したかをよりよく判断しようとするさまざまな研究プログラムが現在進行中です。このためには、宇宙で最も初期の、したがって最も遠い、最も遠い天体を見つけて詳細に研究することが必要であり、これは非常に厳しい観測的試みです。
光は距離の2乗で減光され、オブジェクトを観察するために空間をさらに遠ざけます–したがって、過去にさかのぼると、それはより暗く見えます。同時に、その薄暗い光は、宇宙の膨張により、スペクトルの赤い領域に向かってシフトします。距離が大きいほど、観測される赤方偏移が大きくなります[3]。
ライマンアルファ輝線
地上の望遠鏡では、スペクトルの可視部分での観測によって、最も検出限界が低くなります。したがって、非常に遠い物体の検出には、可視領域に赤方偏移した紫外スペクトルシグネチャの観察が必要です。通常、天文学者はこのために、残りの波長121.6 nmの赤方偏移Lyman-alphaスペクトル輝線を使用します。これは、水素原子が励起状態から基本状態に変化するときに水素原子によって放出される光子に対応します。
したがって、最も遠い銀河を検索する1つの明白な方法は、最も赤い（最も長い）可能な波長でライマンアルファ放射を検索することです。観測されたライマンアルファ線の波長が長いほど、赤方偏移と距離が大きくなり、銀河が見える時期が早くなり、「暗黒時代」の終わりを示した瞬間に近づく」。
天文機器（および市販のデジタルカメラ）で使用されるCCD検出器は、約1000 nm（1？m）までの波長の光、つまり、非常に近赤外のスペクトル領域で、人間の目では約700-750 nmで知覚されます。
明るい近赤外線夜空
ただし、この種の作業には別の問題があります。遠方の銀河からのかすかなライマンアルファ放射の探索は、地上の望遠鏡が見なければならない地上の大気もまた光を放射するという事実によって複雑になっています。これは特に、スペクトルの赤と近赤外線の部分に当てはまります。高度約80 kmの上部地球大気に存在するヒドロキシル分子（OHラジカル）から数百の個別の輝線が発生します（PR写真を参照）。 13a / 03）。
天文学者が「空の背景」と呼ぶこの強い放射は、地上の望遠鏡で近赤外線の波長で天体を検出できるかすれの限界の原因です。ただし、幸いなことに、これらの輝線がはるかに暗い「低OHバックグラウンド」のスペクトル間隔が存在するため、地上観測からの検出限界が低くなります。 PR Photo 13a / 03では、波長が820 nmと920 nmの近くに、このような「暗い空の窓」が2つあります。
したがって、これらの側面を考慮すると、最も遠い銀河を効率的に検索するための有望な方法は、狭帯域光学フィルターを使用して920 nm付近の波長で観察することです。このフィルターのスペクトル幅を約10 nmに調整すると、天空の放射の悪影響を最小限に抑えながら、フィルターに一致するスペクトル線で放射されるときに、天体からの光をできるだけ多く検出できます。
言い換えると、遠方の物体から収集される最大の光と、地球大気からの最小の妨害光により、それらの遠方の物体を検出する機会は最適です。天文学者は、この波長で輝線を示す物体の「コントラストを最大にする」ことについて話します。
CFHT検索プログラム
上記の考察に基づいて、天文学者の国際チーム[2]は、マウナケアにあるカナダ-フランス-ハワイ望遠鏡（ハワイ、米国）のCFH12K機器に、近赤外波長920 nmを中心とする狭帯域光学フィルターを設置しました。非常に遠方の銀河を探すため。 CFH12Kは、CFHTの主な焦点で使用される広視野カメラで、約1インチの視野を提供します。 30 x 40 arcmin2、満月よりも少し大きい[5]。
天文学者は、異なるフィルターを通して得られた同じ空のフィールドの画像を比較することにより、NB920画像では比較的「明るく」見え、他のフィルターで得られた対応する画像では「かすかな」（または見えない）オブジェクトを特定できました。 。印象的な例がPR写真13b / 03に示されています。中央のオブジェクトは920nm画像ではよく見えますが、他の画像ではまったく見えません。
このような異常な色のオブジェクトの最も可能性の高い説明は、赤方偏移のため、強いライマンアルファ輝線の観測波長が920 nmに近い非常に遠い銀河であるということです。ライマンアルファよりも短い波長で銀河によって放出される光は、介在する星間および銀河間水素ガスによって強く吸収されます。これが、他のすべてのフィルターでオブジェクトが表示されない理由です。
VLTスペクトル
このオブジェクトの本当の性質を学ぶために、そのスペクトルを観察することにより、分光学的フォローアップを実行する必要があります。これは、ESOパラナル天文台にある8.2 mのVLT YEPUN望遠鏡にあるFORS 2マルチモード装置で達成されました。この施設は、この種の非常に要求の厳しい観察に対して、適度なスペクトル解像度と赤色の高感度の完璧な組み合わせを提供します。結果の（かすかな）スペクトルは、PR写真13c / 03に示されています。
PR写真13d / 03は、PR写真13c / 03に示されている画像から抽出した後のオブジェクトの最終的な（「クリーン」）スペクトルのトレースを示しています。 1本の幅広い輝線がはっきりと検出されています（中心の左側、挿入図では拡大）。それは非対称であり、その青（左側）が凹んでいます。これは、連続光がラインの左側で検出されないという事実と相まって、ライマンアルファ線の明確なスペクトルの特徴です：ライマンアルファよりも「青い」光子は、銀河自体に存在するガスによって強く吸収されます、そして地球と物体の間の見通し線に沿った銀河間媒体で。
したがって、分光観測により、天文学者はこのラインをライマンアルファとして明確に識別でき、したがってこの特定のオブジェクトの大きな距離（高い赤方偏移）を確認できました。測定された赤方偏移は6.17で、この天体はこれまでに検出された中で最も遠い銀河の1つです。それは「z6VDF J022803-041618」という指定を受けました。このやや扱いにくい名前の最初の部分は調査を指し、2番目の部分はこの銀河の空での位置を示しています。
初期宇宙の星明かり
しかし、これらの観察は驚くことなくやって来ました！天文学者たちは、920 nmのスペクトルウィンドウの中心にあるオブジェクトからライマンアルファ線を検出することを望んでいました（そして期待していました）。ただし、ライマンアルファ線が見つかったものの、それはやや短い波長に配置されていました。
したがって、この銀河を狭帯域（NB920）画像で「明るく」するのはLyman-alpha放射ではなく、Lyman-alphaの波長よりも長い波長での「連続」放射です。この放射は、PR写真13c / 03の水平な拡散線として非常にかすかに見えます。
結果の1つは、測定された赤方偏移6.17が、当初予測された赤方偏移約6.5よりも低いことです。もう1つは、z6VDF J022803-041618がその巨大な星（「連続体」）からの光によって検出され、水素ガス（ライマン-アルファ線）からの放射によって検出されなかったことです。
この興味深い結論は、特に遠い銀河のスペクトルに常に存在するとは限らないLyman-alpha輝線に依存することなく、この巨大な距離で原理的に銀河を検出できることを示しているため、特に興味深いものです。これは、初期の宇宙における銀河の集団のより完全な画像を天文学者に提供します。
さらに、これらの遠方の銀河をますます観察することで、この時代の宇宙のイオン化状態をよりよく理解するのに役立ちます。これらの銀河によって放出された紫外光は、「中性」宇宙では到達しないはずです。 。暗黒時代からの移行がどのように起こったかを明らかにするために、より多くのそのような銀河の探索が今行われています！
元のソース：ESOニュースリリース
