JWSTが予想外に若い炭素を発見

Mar 05, 2024

宇宙からやってきたこのベビーパウダーには、意外にも炭素が豊富に含まれています。

ジョン・ケルヴィー著 | 2023 年 7 月 19 日午前 11 時 30 分 EDT に公開

宇宙は塵にまみれた場所です。 宇宙粒子のサイズは、単一の大きな分子から地球の砂粒より少し大きいものまであり、数光年の幅のうねる雲の中に蓄積する可能性があります。 一般的な科学的理解は、塵は数億年かけて星や超新星によって生成され、徐々に積み重なっていくものであるというものでした。 塵は通常、成熟した銀河に付着しているものである、と天文学者は考えていました。

しかし、水曜日にネイチャー誌に掲載された新しい論文の中で、天文学者らは、ビッグバンからわずか8億年後の若い遠方の銀河の中に、炭素を多く含む特定の種類の宇宙塵を発見した。 この蓄積は、塵形成に関する現在の理論が可能であると示唆しているよりもはるかに早く起こりました。 これは、初期の宇宙における星の生成と銀河の進化、そして最終的にはその若い宇宙がどのようにして今日私たちが知っている宇宙に成長したかという天文学者の理解方法を変える可能性のある発見です。

長い間、天文学者は宇宙の物質を、私たちがソファーの下にいる埃っぽいウサギと同じように、迷惑なものとして扱ってきました。 科学者たちは、それ自体が研究対象というよりも障害物のように扱われていた、宇宙塵の大きな雲の向こう側に目を向けようとしました。 「ほとんどの天文学者は、[塵]が実際に私たちが観察しようとしている光の多くを吸収するということをしています」と、研究主著者でケンブリッジのカブリ宇宙論研究所の博士研究員ジョリス・ウィットストック氏は言う。イギリスで。

しかし、赤外線を使って雲の中を見るNASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などの天文台のおかげで、それは近年変わりました。 科学者たちはまた、塵そのものを評価するようになり、これらの炭素、シリコン、その他の物質の小さな破片が、新しい星の形成など、宇宙の大規模なプロセスに関与していることに気づきました。

「たとえば、天の川銀河には新しい星が形成されている場所がありますが、そこは非常に塵が多いのです」とウィツストック氏は言う。 「ガスと塵の大きな雲があり、塵はガスを冷却して収縮させ、新しい星を形成するのに非常に役立ちます。」

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初期の宇宙に塵がなかったわけではありません。 ウィットストック氏によると、これまでの研究では、宇宙のごく初期の銀河に大量の塵が存在することが発見されていたという。 天文学者がこの初期塵に興味を持っているのは、星が水素より重い元素のいくつかを最初に生成し始めた時期を表すためです。

「最初の星は、水素をヘリウムに変換し始めました。ヘリウムは最初からずっと存在していた唯一のもので、炭素や酸素などのより重い元素に変換しました」とウィットストック氏は言う。

大きな原始星は、その一生の終わりに近づくか、あるいは消滅する際の超新星爆発の際に、これらのより重い元素でできた膨大な量の塵を放出した可能性があります。

しかし、これまでの研究では、これほど早い段階で炭素質塵、つまり炭素が豊富に含まれていることを検出できなかった。

「ここで本当に新しい発見は、私たちが見ている粉塵の種類を正確に特定できることです」とウィットストック氏は言う。 「私たちが実際に言えることは、非常に短い時間スケールで、特にこれらの炭素粉塵を生成する何かがあるということです。 そしてそこに驚きがあるのです。」

天の川銀河内の地球に近い塵の分光観測により、この発見が可能になりました。 分光法は光をスペクトルに分解し、さまざまな元素や化合物に関連する特定の波長での吸収された光の明らかな兆候を探します。これは、ユニークな虹を読み取ることに似ています。

炭素質塵は、スペクトルの紫外部分に位置する波長である 217.5 ナノメートルの波長で分光的な「バンプ」を生成します。 少なくとも、それは数十億年前に故郷の銀河を出たときの光の波長です。