JWST が複雑な有機分子 120 億光を検出

科学者たちは、光の重力屈曲と JWST の驚異的なパワーの組み合わせにより、地球から 120 億光年離れた銀河内で多環芳香族炭化水素 (PAH) を検出しました。 私たちは銀河 SPT0418-47 を、宇宙が現在の年齢の 10 分の 1 だった頃の姿で見ています。観測によれば、この銀河にはすでに重元素とかなり複雑な分子が豊富に含まれていました。

地球上で PAH が見つかった場合、それは通常、悪い兆候です。 この一連の化合物は森林火災やエンジンの排気ガスによって生成されますが、その一部は殺虫剤や他の分子の前駆体として使用されます。 それらは生命の誕生に必要な重要な化学プロセスといくつかの成分を示しているため、宇宙でそれらを見つけることはまったく別の問題です。

私たちの銀河内で PAH を見つけることは日常的になっていますが、初期の宇宙では話が異なります。 今、新しい論文がその状況を変えました。 さらに、この研究は単なる検出をはるかに超えています。 この論文は、SPT0418-47 における PAH の分布をマッピングすることにより、このような塵に覆われた銀河からの赤外線放射が星形成によって支配されていたことを明らかにしました。

星が放出する放射線の半分は塵粒子に吸収され、その過程で加熱されて赤外線でエネルギーを再放出し、JWST はそれらを検出できます。 PAH は宇宙におけるミリメートルサイズの塵粒子の分布を追跡し、その存在を明らかにする代理として機能します。 また、星系間のガスの冷却も調節します。

大気は地球からの赤外線観測を妨害し、JWST 宇宙望遠鏡には非常に遠方の銀河における PAH の分布を研究する能力が備わっていませんでした。 JWSTとともに、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン大学院生のKedar Phadke氏とJoaquin Vieira教授を含む論文の著者らは、大きな質量がより遠くの物体からの光を集束させて拡大するという重力レンズ効果の極端な例を使用した。

SPT0418-47 は、より近い銀河による重力レンズ効果を受けており、レンズ効果がない場合に比べて 30 ～ 35 倍大きく明るく見えます。 このような極端なレンズ現象と JWST のパワーの組み合わせだけが、PAH が放射する 3.3 マイクロメートルの波長付近で、これほど遠くにある銀河をこれほどはっきりと見ることができるのです。

「この研究が今私たちに伝えていること、そして私たちが今も学んでいることは、これらのより小さな塵粒子が位置するすべての領域、つまりJWST以前には決して見ることができなかった領域を私たちが見ることができるということです」とファドケ氏は声明で述べた。

PAH と小さな粒子の分布は、遠赤外線放出の原因となる大きな塵粒子とは異なるパターンを示しており、それらの比率は 5 倍異なります。

また、SPT0418-47からの赤外線放射のほとんどは、クェーサーの場合のようにブラックホールの周囲の降着円盤からではなく、星から放射されていることが明らかになった。

「これは予想していなかった」とヴィエイラ氏は語った。 「これほど遠く離れた複雑な有機分子を検出することは、今後の観測を大きく変えることになります。この研究は最初のステップにすぎず、私たちは今、その使い方とその能力を学んでいるところです。私たちは、どのような結果が得られるのかを非常に楽しみにしています」これはうまくいきます。」

まだわかっていないことの 1 つは、SPT0418-47 が測定方法においてこの時代の銀河に典型的なものなのか、それとも外れ値なのかということです。 この質問に答えるには、重力レンズをかけて銀河を近くに配置して、より多くの銀河を見つけるか、JWST よりもさらに強力な望遠鏡を構築する必要があります。

この研究は『Nature』誌に掲載されている。