最初の銀河に関して言えば、ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡は、それらの銀河の形成と、その背後にある暗黒物質へのリンクを理解しようとします。したがって、銀河、特にそれらの形成を研究することによって、暗黒物質がどのように機能するかについていくつかのヒントを得ることができます。少なくとも、それは希望です。天文学はそれより少し複雑であり、これらの遠方の銀河を研究するときに私たちが対処しなければならない主要な事柄の1つは塵です。ほこりが多い。
そうです：古き良きホコリ。そして、いくつかの素晴らしいシミュレーションのおかげで、私たちは全体像を明らかにし始めています。
レット・ゼア・ビー・ライト
銀河は最初、かなり長い時間前に、私たちの宇宙の歴史のほんの数億年前に形成され始めました。しかし、これまでのところ、これらの最初の銀河の直接的な画像はありません。巨大な望遠鏡なしでは、光が遠すぎて私たちに届きません。さらに、それらは非常に遠く、光が放射されてから宇宙が拡大しているため、可視光ではもう光っていません。彼らの光は赤外スペクトルに赤方偏移されました。したがって、これらの幼児銀河をマッピングする機会を得るには、大きな赤外線望遠鏡が必要です。 James Webbを入力してください。
James Webbは調査手段ではありません。信じられないほど大量の宇宙をマッピングしません。しかし、130億年以上前の宇宙がどのようなものであったか、特に若い銀河がどのようなものであったかについて、いくつかの肖像画が確実に得られます。そして、それらの銀河の構造と構成は、根底にある暗黒物質に依存しています。暗黒物質の量、それが何で構成されているか、どのようにグループ化を決定するかなど、すべてが銀河の形成に影響を与えます。暗黒物質のこれら（現在は不明）の特性は、存在する銀河の数、それらの明るさ、そしてそれらがホストする星の種類さえも変更します。
しかし、銀河と暗黒物質の間のこの関係は、実際にはシミュレーションでのみ理解されています。これは、ダークマターを直接観察することが多くないためです（まるで名前自体からは手がかりが得られなかったかのように）。つまり、ダークマターが何であるかを完全には理解していません。時々私たちは推測する必要があり、これらの推測を宇宙の成長のコンピュータシミュレーションの中に入れ、星やガスや塵のような通常の物質がそれに反応して銀河を形成する様子を確認します。
ほこりがち
したがって、James Webbによって明らかにされた実際の画像と銀河の統計をさまざまなシミュレーションと比較することで、最良の一致を見つけ、どの暗黒物質モデルが最も正確かを見つけることができます。そこから、エキゾチックな重力モデルの探索や、暗黒エネルギーの神秘的な性質についての手掛かり（まったく別の記事）など、宇宙についてさらに学ぶことができます。
これは簡単に聞こえますが、そうではありません。宇宙での観測は非常に複雑で複雑であり、一般的に非常に困難です。宇宙には、星や銀河、暗黒物質、ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡以外にも多くのものが存在するためです。
ほこりもあります。たくさん。
ダストは、炭素や酸素などのストリングで構成されており、銀河の内部、銀河の周囲、および銀河間で、渦を巻いたり、渦を巻いたりします。銀河間空間はかなり厄介な場所であることがわかりました。ほこりだ。そして、ほこりは光で混乱します。
それらの遠方の銀河からの光が数十億光年を通過してジェームズウェッブに到達するとき、それは多くの塵と交差します。その塵はそれを散乱させ、弱め、そしてそれを赤方偏移させるでしょう。つまり、これらの若い銀河がどのように見えるかを理解しようとすると、これらの銀河はかすんでいる霧を通してしか見ることができません。したがって、初期宇宙の直接の鮮明な画像はありません。
もう一度、シミュレーションが助けになります。
実例
しかし、今回はシミュレーションがさらに役立ちます。彼らは実際のライブデータを処理します。初期の宇宙からのデータ（まだそれがないため）ではなく、近くの宇宙からのデータ。地図と観測結果を作成し、宇宙の局所パッチの銀河間にある塵の特性を途方もない程度に調査しました。これらのデータは、初期の宇宙のシミュレーションにプラグインされ、ジェームズウェッブが実際に目にするものをできるだけ正確に予測しようとします。
それは、遠くの灯台が実際にどのように見えるかを理解するためにあなたの周りの霧のサンプルを撮るようなものです。
最近、研究者チームがIllustrisと呼ばれる一連のシミュレーションの結果を公開しました。名前が示すように、これらのシミュレーションは非常に洗練されており、暗黒物質と銀河の形成だけでなく、何十億光年にも及ぶ塵を通過してジェームズウェッブのようなものに到達するときに、これらの銀河から放出される光をシミュレートすることさえします。
シミュレーションの主な目的は、天文学者が銀河の光度関数と呼ぶものでジェームズウェッブが何を見るかを予測することでした。これは、明るさの各レベルの銀河がいくつ見えるかを示す、空想的な方法です。実際に明るいもの、中程度に明るいもの、暗いものなど。銀河の光度関数は暗黒物質の特性に影響されます。たとえば、暗黒物質が特に固まりを感じている場合、宇宙はより明るい銀河を持ち、これによりこの光度関数がシフトします。
しかし、ダストはすべての銀河から放出されるすべての光を変化させるため、光度関数自体もダストの影響を受けます。これらのシミュレーションは、ジェームズウェッブが見るもの（つまり、データが実際に何であるか）を暗黒物質と銀河形成の基礎となる物理学にリンクするエンドツーエンドの画像を提供する最初の試みの一部です。
もちろん、これは最初のステップにすぎません。これらのシミュレーションには、現在の観測に基づく多くの仮定と最良の推測が含まれます。しかし、ジェームズウェッブが実際に飛んでくる頃には、さらに多くのデータとシミュレーションがベルトの下にあると確信しています。
続きを読む：「IllustrisTNGによる高赤方偏移JWST予測：ダストモデリングと銀河の光度関数」
