ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、初期宇宙における乱流状態の不規則な銀河を解明

調査と主な知見

ケンブリッジ大学の研究チームは、ビッグバンから約8億〜15億年後の宇宙に存在した銀河を対象とした、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による250件以上の観測データを分析した。その結果、この初期宇宙における銀河の多くは、滑らかに回転する円盤構造が主流なのではなく、不規則で塊状（クランピー）、かつ力学的に乱れた状態にあることが判明した。

本研究では、比較的低質量の銀河の広範な集団におけるガス運動を調査し、多様な運動学的状態を確認した。一部の系には整った回転運動が形成されつつある兆候が見られるものの、大半は頻繁な合体、激しい星形成活動、および重力不安定性と整合する無秩序なガス運動を示している。

手法：NIRCamグリズム分光

研究チームは、望遠鏡のNIRCam（近赤外線カメラ）をグリズム・モードで作動させ、スリットレス分光を用いた。グリズムは入射光を2.4〜5.0マイクロメートルの波長範囲に分散させ、電離ガスの運動学を追跡する赤外輝線の測定を可能にする。この装置は1,600程度の分光解像度を備えており、銀河内の詳細な速度測定を可能にしている。

もともとは光学アライメント用に開発されたNIRCamのグリズムは、広視野分光と時系列モードの両方を提供する。本研究において、研究チームは調査対象となった個々の銀河内のガス運動をマッピングするため、グリズム分光データと既存の画像データに対して新しいアルゴリズムを適用した。

背景と解釈

今回の結果は、宇宙の再電離期から、後に「コスミック・ヌーン（宇宙の正午）」と呼ばれる宇宙の星形成のピーク期へと至る変遷を辿る一助となる。小さく混沌とした構成要素が、近傍宇宙で見られる渦巻銀河のような、より秩序ある構造へと徐々に落ち着いていく過程を示している。

次のステップ

掲載誌

本研究成果は、『Monthly Notices of the Royal Astronomical Society』に掲載された論文「The Dawn of Disks: Unveiling the Turbulent Ionised Gas Kinematics of the Galaxy Population at z ~ 4–6 with JWST/NIRCam Grism Spectroscopy」で公開されている。