重力とタイミングの良さがハッブル宇宙望遠鏡が初期宇宙の星を発見するのを助けた

宇宙の奥深くを覗くと、惑星、恒星、銀河などの巨大な物体でさえ小さく見えることがあります。拡大すると役立ちますが、何十億光年も離れた星を見つけるのに十分な大きさの虫眼鏡はどこで手に入るのでしょうか。

答え：必要ありません。遠くにある驚異的な天体を観察するには、地球をはるかに超えて見なければなりません。重力レンズ効果は、特に巨大な物体（たとえば銀河）の周囲の重力によって、通過する光が実際に曲げられるときに発生します。この変化によって、より弱い光源が拡大され、地球に向かって移動するにつれて、より目立つようになります。この効果は、遠くにある超新星の画像を撮影するのに役立ち、暗黒物質に関する洞察も与えてくれました。

今週ネイチャー・アストロノミー誌に発表された2つの新しい論文の中で、研究者たちは重力レンズ効果を利用して、驚くほど高解像度で過去を深く調べました。

最初の研究では、研究者らが遠くの超新星を同じ空で調べようとしていたとき、突然明るくなったきらめく光を発見した。さらに詳しく調べたところ、突然の明るさは、ビッグバンからわずか 44 億年後に存在していた恒星の重力レンズ効果による可能性が高いことがわかった。それは非常に昔のことで、非常に遠い距離のため、恒星自体は非常に暗かった。

「宇宙には個々の銀河が見えるが、この星は超新星爆発を除けば、私たちが研究できる次の個々の星よりも少なくとも100倍は遠い」と天文学者で筆頭著者のパトリック・ケリー氏は声明で述べた。

この青色巨星は太陽の約 2 倍の熱を持ち、すべての星が一列に並んでいるからこそ見えるのです。いや、本当です。この星の光は、この星とハッブル望遠鏡の間に位置する銀河団によってすでに約 600 倍に拡大されていました。しかし、その銀河団内の太陽ほどの大きさの星が、この物体とハッブルの間を通過すると、拡大率は急上昇しました。この星は通常の 2000 倍の明るさで見え、マイクロレンズ効果と呼ばれる現象が起こります。天文学者たちは、この初期の星にイカロスというニックネームを付けました。

Nature Astronomyに掲載された2番目の論文では、研究者らが、同様に巨大な銀河によってレンズ効果を受けた2つの閃光を観測した。その閃光は明るく、短時間だったが、超新星の特徴にはあまり当てはまらなかった。この閃光は超新星よりも速く、より暗いものだった。しかし、新星の繰り返し爆発よりもはるかに明るかった。天文学者のスティーブン・ロドニー氏と共著者らは、この異常な現象についていくつかの説明を提案している。より大きな恒星の繰り返し爆発か、非常に明るい新星の可能性があるが、ケリー氏が観測した現象に似た、同じ恒星系の2つの異なるマイクロレンズ現象である可能性もある。

いずれにせよ、宇宙の遠く離れた場所を拡大して見ることは、天文学界にとって刺激的なことです。付随する見解として、天文学者のロザンヌ・ディ・ステファノは次のように書いています。

度々延期されてきたジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の打ち上げと、大型シノプティック・サーベイ望遠鏡で行われる地上からの天体観測の初観測が近づくにつれ、私たちの天空の眺めはますます広くなるだろう。しかし、初期宇宙の刺激的な出来事を観察するには、やはり重力の助けが必要であり、研究者たちは重力レンズ効果を利用して、宇宙の遠い部分を私たちの脆弱で拡大しつつある視野に近づけようとしている。