ユークリッド宇宙望遠鏡が捉えた、遠く離れた隠れた銀河の壮大な初写真

欧州宇宙機関（ESA）のユークリッド宇宙望遠鏡ミッションを率いる科学者たちは、打ち上げからわずか4ヶ月で撮影された息を呑むような最初の科学画像を公開しました。これらの新しい宇宙写真は、ペルセウス座の巨大な銀河団、「隠れた銀河」の愛称を持つ天体、不規則な構造を持つ銀河、無数の星が密集した球状星団、そして美しい馬頭星雲など、宇宙の広大な構造を鮮やかに捉えています。

ユークリッド計画のリーダーたちは本日、ドイツのダルムシュタットにあるESA宇宙運用センターで開催されたイベントで、最初の画像を発表しました。ESA科学プログラム責任者のキャロル・マンデル氏が画像を紹介しました。「今日は象徴的な日です。ミッションの技術的マイルストーンをすべて達成し、ついに科学ミッションを開始できるようになりました」と彼女は述べました。

マンデル氏とその同僚たちは、この宇宙望遠鏡が宇宙の大規模構造を研究する上で大きな可能性を秘めていることを強調した。「ユークリッドがもたらす洞察、特に暗黒物質と暗黒エネルギーの正体を理解する上での洞察を楽しみにしています」と、ESAのヨーゼフ・アシュバッハー事務局長は述べた。

「大きな成果です。最初の画像は素晴らしいです。品質と精度の面で期待通りなので、ミッションの残りの部分にも大きな期待を抱いています」と、ユークリッド・コンソーシアムの副リーダーであり、CEAパリ・サクレーの天体物理学者であるフランシス・ベルナドー氏は、イベント前日にWIREDの取材に答えた。

これらの画像はユークリッドのミッションのほんの始まりに過ぎません。2020年代末までに、この望遠鏡はこのような数十億個の銀河を調査し、15,000平方度（全天の約3分の1に相当）以上を解析し、100億年にわたる宇宙の時間を遡ることになります。これらの画像を組み合わせることで、宇宙の誕生からほぼすべての期間を網羅した、前例のない3次元画像が構築されます。

この新世代の宇宙写真は、ユークリッド宇宙望遠鏡に搭載された2つの観測機器の感度を実証するものでもあります。これらの機器は、可視光線と近赤外線の波長域で同時に物体を撮影します。また、物体のスペクトル、つまり様々な波長域で放射される光の強度を示すグラフも測定します。これらの測定値は、物体までの距離や化学組成など、様々な情報を示します。

ペルセウス座銀河団の画像（上図）の細部は、ユークリッドの力と可能性を如実に示しています。この銀河団の重力、そして目に見えない暗黒物質粒子の重力は、約200個の銀河を結び付けています。また、この銀河団は、その外縁部を渦巻く約1,000個の銀河からなる超銀河団という、より大きなネットワークの一部でもあります。いわば、拡張された銀河の家族です。画像の背景には数万個の追加の銀河が潜んでおり、ユークリッドがいかに多くの天体を一度に観測できるかを示しています。

ユークリッドは、光学望遠鏡では観測が難しい渦巻銀河IC 342（上図）のような個々の天体の細部を捉えることができます。この銀河はコールドウェル5、あるいは「隠れた銀河」としても知られています。ユークリッドにとってこの銀河の星や塵が非常に鮮明に見えるという事実は、赤外線観測の利点を示しています。赤外線観測では、塵が可視光を遮る天の川銀河の赤道の背後に隠れているにもかかわらず、このかすかな銀河を観測できるのです。

その銀河や私たちの銀河は複雑な渦巻き腕をしていますが、ほとんどの銀河は実際にははるかに小さく、不規則な構造をしています。上の画像にある NGC 6822 もその 1 つです。数十億年かけて、このように密集した矮小銀河は、より大きな銀河の構成要素となることがあります。

上の画像にあるNGC 6397のような球状星団は、典型的には数十万個の恒星が重力で束縛された集団です。しかし、銀河とは異なり、暗黒物質は存在しません。これは地球から2番目に近い球状星団で、約7,800光年離れています。

オリオン座の一部である馬頭星雲（別名バーナード 33）は、誰もが大好きな星です。（NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡とハッブル宇宙望遠鏡も、この美しい星の育成場を撮影するのに使用されました。）ユークリッドから撮影された 2 枚の画像を以下に示します。

ユークリッドの科学ミッションが始動するにつれ、このような画像がさらに得られることで、天体物理学者による銀河の形成と進化の理解を深め、宇宙の膨張速度を研究し、そして天体に対する重力や宇宙論的影響を通して間接的にしか探究できない暗黒物質と暗黒エネルギーの謎の本質を探る研究が促進されるでしょう。ユークリッドの広い視野は、空の広大な領域ではなく、個々の天体のより深く、より焦点の合った画像を撮影することに強みを持つJWSTとは一線を画しています。

ユークリッド計画は、ESAのプランク宇宙望遠鏡よりも大規模かつ高解像度の暗黒物質構造マップを天体物理学者が作成することを可能にします。天体物理学者は、統計ツールと「弱い重力レンズ効果」と呼ばれる現象を用いて、ユークリッド計画の銀河カタログを用いて暗黒物質を研究します。これは、前景にある巨大な暗黒物質の塊が、背景の銀河から観測される光をどのように屈折させるか、つまり、わずかながらも予測通りに銀河の形状を歪ませるかを調べることを意味します。

ジェット推進研究所の天体物理学者で、ユークリッド計画におけるNASAの貢献プロジェクト科学者であるマイケル・ザイファート氏は、暗黒物質のレンズ効果を受けた銀河の調査を楽しみにしている。遠方の歪んだ銀河のほとんどは、IC 342の今日の新しい画像ほど鮮明ではなく、小さなしみとしてしか見えない。しかし、それらが暗黒物質物理学に与える影響は重要になるとザイファート氏は語る。「我々は、データの膨大な量、優れた角度分解能、そして広い視野に圧倒されています。今後何年もの間、データに溺れることになるでしょう。」ザイファート氏は、その解像度は地上の望遠鏡で達成できるものよりも3～5倍鮮明だと指摘する。画像の解像度はJWSTより低いものの、ユークリッドは広大な領域を100倍の速度で調査する。

JWSTと同様に、ユークリッドは地球の軌道から約150万キロメートル離れたL2ラグランジュ点と呼ばれる地点から天体を観測します。探査機が7月下旬に目的地に到着した後、ESAのミッションコントロールセンターのエンジニアリングチームは、機器の調整や計画通りの動作確認など、数多くのテストを実施しました。7月31日には、今後の展開を示唆する、銀河系の生のテスト画像を公開しました。

そして8月、望遠鏡の精密誘導センサーに問題が発生しました。このセンサーは、正確かつ安定した指向方向を提供するように設計されています。これらの光学センサーは、可視波長の機器の視野の両側にある空の画像を撮影することになっていますが、宇宙線が検出器に当たると、画像撮影とナビゲーションに使用される天体のランドマークであるガイド星を断続的に追跡できなくなりました。エンジニアリングチームは、新しい飛行ソフトウェアを更新してアップロードした後、問題を制御できると判断しました。この問題によりチームの作業はわずかに遅れましたが、ミッションへのさらなる影響はないとベルナドー氏は述べています。

現在、ユークリッドチームは機器の較正作業を継続しており、1月からは望遠鏡の科学ミッションが本格的に開始されます。来年には最初の50平方度の観測データが公開され、その後、初年度のデータが公開される予定です。その頃には、画像だけでなく、新たな宇宙論研究を発表できるほどの十分な天空の観測が完了することになります。