望遠鏡がタイムマシンの場合、JWSTによってさらに遠い場所に戻ることができます

遠くを見ると、過去を振り返ることができます。 この単純でありながら驚くべき事実により、天文学者は異なる時点で宇宙のスナップショットを観察し、それらを使用して宇宙進化の複雑な歴史をまとめることができます。 新しい望遠鏡を作成するたびに、宇宙の歴史をより早く、より早く見ることができます。 ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、最初の銀河が形成されたときまでずっとピアリングを望んでいます。

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外を見ることは振り返ることに対応するという概念は比較的新しいものです。 それは、アインシュタインの特別な相対性理論から来ています。それは、とりわけ、光は光の速度で移動し、それより速く移動するものはないと主張するものです。 光の速度が非常に大きいため（300, 000 km / s、またはジェット機の約100万倍速い）、この「移動時間」はほとんど問題にならないため、日常的にこの概念の結果はほとんど経験しません。 ライトをオンにするか、誰かがヨーロッパからメールを送信すると、これらのイベント（電球が点灯する、またはメールを受信する）が瞬時に認識されます。部屋または地球全体の周り。 しかし、天文学的なスケールでは、光の速度の有限性は深い意味を持ちます。

太陽は約1億5, 000 km離れています。つまり、太陽からの光が届くまでに約8分20秒かかります。 太陽を見ると、8分前の写真が表示されます。 最も近い銀河であるアンドロメダは、約250万光年離れています。 アンドロメダを見ると、250万年前のように見えます。 これは人間の時間スケールでは多くのように聞こえるかもしれませんが、銀河に関する限り、それは本当に短い時間です。 私たちの「古い」写真は、おそらくアンドロメダが今日どのように見えるかをまだよく表しています。 ただし、宇宙の広大さにより、光の移動時間が重要なケースが多く存在することが保証されます。 10億光年離れた銀河を見ると、10億年前と同じように見えており、銀河が大きく変化するのに十分な時間です。

それでは、どれくらい前に遡って見ることができるのでしょうか？ この質問に対する答えは、3つの異なる要因によって決まります。 1つは、宇宙が「わずか」138億歳であるという事実です。そのため、ビッグバンとして知られる宇宙の始まりよりも遠い時代にさかのぼることはできません。 もう1つの問題は、少なくとも銀河などの天体物理学的なオブジェクトに関係している場合は、何か調べる必要があるということです。 原始宇宙は、素粒子のやけどするスープでした。 これらの粒子が冷却され、原子、星、銀河に凝集するまでに時間がかかりました。 最後に、これらのオブジェクトが配置された後でも、数十億年後に地球からそれらを見るには、非常に強力な望遠鏡が必要です。 物理的な光源の明るさは距離とともに急速に低下します。10億光年の距離にある銀河を発見しようとすると、約60, 000マイル離れた車のヘッドライトを発見しようとするのと同じくらい困難です。 100億光年の距離で同じ銀河を見つけようとするのは100倍難しいです。

これまでのところ、これが私たちが見ることができる最も遠い銀河までの距離を制限する原動力となっています。 1980年代まで、すべての望遠鏡は地面に基づいていましたが、地球の大気と光害が性能を妨げています。 それにもかかわらず、我々はすでに50億光年離れた銀河を知っていました。 1990年のハッブル宇宙望遠鏡の打ち上げにより、この距離記録を何度も打ち破ることができました。これを書いている最古の銀河は、過去134億年という驚異的な距離にあります。

これは、現代の天文学の重要な問題の1つです。これらの遠方の銀河のどの特性を実際に測定できるのでしょうか。 近くの銀河を観察すると、その形状と色が非常に詳細に表示されますが、最も遠い銀河について収集できる情報は、その全体の明るさだけです。 しかし、紫外線、ラジオ、赤外線などの可視範囲を超える光の周波数に敏感な望遠鏡でそれらを見ると、銀河の星の数だけでなく、私たちからの距離についての手がかりを見つけることができます。

できるだけ多くの異なる周波数で銀河を観測することにより、スペクトルを作成できます。これは、各タイプの光で銀河がどれだけ明るいかを示します。 宇宙が膨張しているため、望遠鏡で検出された電磁波は途中で引き伸ばされており、スペクトルの伸びの量は私たちからの銀河の距離に比例します。 ハッブルの法則と呼ばれるこの関係により、これらの銀河がどれだけ離れているかを測定できます。 スペクトルは、星の総質量、銀河が星を形成している割合、星の人口の年齢など、他の特性も明らかにすることができます。

ほんの数ヶ月前、アメリカとヨーロッパの天文学者チームは、ハッブル宇宙望遠鏡とスピッツァー赤外線宇宙望遠鏡からの観測を使用して、これまで知られている最も遠い銀河GN-z11を発見しました。 ビッグバンからわずか4億年後に観測された（「宇宙が現在の年齢のわずか3％だったとき」、主任研究員Pascal Oeschによると）、10億個の太陽の質量があり、私たち自身の約1/25天の川。

GN-z11は約20倍の速さで星を形成しており、年間25の新しい太陽の驚くべき割合です。 「非常に大きな銀河が、最初の星が形成され始めてから2億年から3億年しか存在しなかったことは驚くべきことです。 発見チームの別の調査員であるガース・イリングワースは、次のように説明します。

このような早い時期のこのような巨大な物体の存在は、現在の宇宙の組み立てのシナリオと衝突し、銀河の形成と進化のモデリングに取り組んでいる科学者に新たな挑戦を投げかけています。 「この新しい発見は、ウェッブ望遠鏡（JWST）が、最初の銀河が形成されたときに戻ってきた多くのそのような若い銀河を確実に発見することを示しています」とイリングワースは言います。

JWSTは2018年に打ち上げが予定されており、900, 000マイル離れた特別な場所から太陽/地球システムを周回します。 ハッブルのように、JWSTは強力なカメラや分光器を含むいくつかの機器を搭載しますが、感度が向上します。その主鏡はほぼ7倍大きくなり、その周波数範囲は赤外線領域にさらに広がります。 周波数の異なる範囲により、JWSTは、より遠くのオブジェクトに属する、より高いストレッチのスペクトルを検出できます。 また、100個のオブジェクトのスペクトルを同時に取得する独自の機能も備えています。 JWSTを使用すると、距離の障壁をさらに大きくし、ビッグバンからわずか1億5千万年後の時代に到達し、これまでに形成された最初の銀河を発見することが期待されています。 JWSTは、銀河の形状が時間とともにどのように変化するか、そして銀河の相互作用と合併を支配する要因を理解するのに役立ちます。

しかし、JWSTは銀河だけを見るのではありません。 赤外線で宇宙を覗き込むことで、新しく生まれた星や惑星を覆う厚い塵のカーテンを通して見ることができ、他の太陽系の形成への窓を提供します。 さらに、コロナグラフと呼ばれる特別な機器は、他の星の周りの惑星の画像化を可能にし、生命をホストできるいくつかの地球のような惑星の発見につながることを願っています。 空を見たことがあり、何がそこにあるのか疑問に思っている人にとって、次の10年は非常にエキサイティングな時間になるでしょう。