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「革命的成果を予感」と期待のNASAの新・宇宙望遠鏡ジェームズ・ウェッブ。天文学者が語るすごさ

木星

ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡が捉えた木星の姿。

NASA, ESA, CSA, Jupiter ERS Team; image processing by Judy Schmidt.

8月22日、NASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)が、新たな画像を公開した。かつてないほど美しい「木星」の画像で、巨大な嵐やオーロラなど木星の詳細がよく分かる。観測したアメリカの天文学者は「正直言って、こんなによいと思っていなかった」とコメントしている。

2022年7月12日、JWSTが撮影した画像が初公開された際、NASAは「天文学の新時代の夜明けだ」と強調した。その後も、続々と新しい画像が公開されている。

「『革命的な成果が出てくる』と予感させるのに十分な画像が出てきています」

長年天文学の研究を続ける東京大学の田村元秀教授は、冷静な口ぶりながら、NASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)への期待をこう語った。

「 初期宇宙 」や「生命の兆候」の探索など、世界の天文学者たちから、JWSTが生み出す成果に対する注目が集まっている。これから先、天文学に何が起こるのか。田村教授にJWSTのすごさと、今後の天文学の展望を聞いた。

「宇宙を赤外線で開拓する時代」に

JWSTは2021年12月25日、ロケットのフェアリング(ロケット先端部。衛星などが格納されている)に折りたたまれた状態で打ち上げられた。宇宙空間を移動しながら、直径6.5メートルに及ぶ主鏡を、まるでたたんだ折り紙を開くように展開し、現在は地球から150万キロ離れた場所で、太陽の周りを回っている。

JWSTのイメージ画像

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)のイメージ

NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

観測の中核となるのは、分割された鏡18個を組み合わせた大きな主鏡だ。その直径は、1990年の打ち上げ以降、数々の美しい天体写真を届けてきたハッブル宇宙望遠鏡の2.7倍。口径が大きくなった分、解像度も上がり、よりシャープな画像が得られるようになった。

JWSTは、目に見える光(可視光線)よりも波長の長い「赤外線」を観測する望遠鏡だ。

赤外線は、地上で観測しようとしても、多くが大気に吸収されてしまう。そのため、これまでにも赤外線を観測するために、望遠鏡が宇宙に打ち上げられてきた。JWSTは、2021年1月まで運用が続けられていたNASAのスピッツァー宇宙望遠鏡や、観測波長は異なるものの、これまで数々の美しい画像を捉えてきたハッブル宇宙望遠鏡の後継機にあたる。

田村教授によると、JWSTはスピッツァー宇宙望遠鏡と比べて、同じ波長を観測した際の解像度が約7倍、感度も10倍以上高い。

「約1マイクロメートルから30マイクロメートル近くまでの波長をまったく抜けなく、圧倒的な解像度と感度で観測できるという点が、JWSTの強みです。だからこそ、これまで観測できなかった暗い天体の観測が可能になります。天文学は赤外線で宇宙を本格的に開拓できる時代を迎えたのです」(田村教授)

JWSTとハッブル宇宙望遠鏡の比較

JWSTとハッブル宇宙望遠鏡の比較

ESA JWST打ち上げキットより抜粋

シャープな画像に「期待通り」

田村教授によると、JWSTを使った研究課題は、大きく次の4つに分けられるという。

JWSTの主要な研究課題

  • 太陽系も含め、近くにある惑星を詳しく調べて生命の兆候を探ること
  • 生まれたての星や死にゆく星など、星の一生を調べること
  • 星の集合体である銀河の起源や性質、ブラックホールとの関係を調べること
  • 宇宙の始まりの時代の銀河や星を調べること

この中で最も注目している研究は何か、田村教授は「一つに絞るのは難しい」と悩みつつも、

「『宇宙の始まりの時代を調べること』と『生命の兆候を探ること』は天文学の柱になります。JWSTは、それらの問いに対して一番近いところにいるでしょう」

と期待を語る。

NASAが公開した初期画像からも、こうした問いに答えようとする研究者の意気込みが感じられるという。

JWSTが撮影したSMACS0723の画像

JWSTが撮影した銀河団、SMACS0723の画像。

NASA, ESA, CSA, and STScI

上に示した画像は、JWSTが最初に公開した画像のうちの1つ。地球から約46億光年離れた銀河団SMACS0723を捉えたものだ。

田村教授は「シャープな画像で、感度は期待通りです」と話す。

宇宙が誕生したのは、今から138億年前。私たちは、宇宙の遠くにある星々から放たれた光を通じて、宇宙の過去の姿を観測している。

46億光年離れた銀河団の背後には、さらに地球から離れている銀河が映りこんでいる。NASAによるとこの画像の中には131億年前、誕生から7億年経過した宇宙に存在する銀河も含まれているという。

誕生したばかりの初期宇宙の天体は暗く、望遠鏡で捉えることは難しい。

また、遠いところにある天体から放たれた光は、私たち観測者に届くまでの間に宇宙の膨張によって「引き伸ばされる」。例えば、もともとは青い光が、赤い光として観測されたり、目に見えない赤外線になったりする。これは「赤方偏移」という現象だ。

そのため、ある一定の距離よりもさらに遠くにある天体を見ようとしても、可視光線だけでは観測が困難になる。

だからこそ、宇宙空間にあり、高い感度でより長い赤外線を捉えることができるJWSTの登場によって、「宇宙の始まり」に近づける可能性があるというわけだ。

「これがJWSTのすごいところです。宇宙の始まりのどんな時代に最初の星や銀河ができたのかというのは、ぜひ調べたい分野です。JWSTとしても、最も時間をかけて狙うテーマになるのではないでしょうか」(田村教授)

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