James webb space telescopeの業績について

1. Enjoy Science
ジェイムズウェッブ
宇宙望遠鏡が語る
意外な宇宙像
2024/1/7

2. 留意事項
◼ この分野はまだ不確定要素と流動性が高いので、あくまで発信
日時での情報であることに留意ください。
◼ 所属組織ではなく、あくまで個人としての発信です。本情報に
伴う結果に関して責任は負いかねます。
2

3. 本シリーズ共通の趣旨：３つの謎をカジュアルに楽しむ
生命とは？
宇宙とは？
知能とは？
宇宙物理学
宇宙生物学
分子生物学
合成生物学
神経科学
コンピュータ科学
物理学
生物学
化学
生理学
数学
解きたい謎 関連する学問テーマ 学問テーマの大分類
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4. 全体の流れ
1. JWST(ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡)の基本情報
2. JWSTの技術革新
3. 代表的な撮像ギャラリー
4. JWSTの主な業績
1. 太陽系内惑星の発見
2. 太陽系外惑星の発見
3. ファーストスターと銀河
4. 宇宙の常識が見直される？
5. 関連トピック
6. まとめ
4

5. 5
2021/12/25に地球を出発

6. 6
https://www.youtube.com/watch?v=RzGLKQ7_KZQ

7. JWSTの経緯と目的
• ハッブル宇宙望遠鏡の後継機として1996年に
開発開始（ESAやカナダ当局と共同）
• 観測範囲は主に赤外線（右図）
赤方偏移（遠距離ほど膨張）探索に的確
• 名前はアポロ時代のNASA長官が由来（2002年
に改名）
• 主な目的は下記
1. ファーストスターの発見
2. 太陽系内外の深堀調査
• 2021年末に打ち上げられ、2022年夏から観測
開始（右図がその過程）
• 場所は重力均衡(ラグランジュ：L2)ポイント
7
※出所：Wiki「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡」

8. 8
JWST

9. JWSTの技術革新
• 軽量化と高性能化（感度）実現
• 18枚の鏡面をアクチュエータで制御
(毛髪の1万分の1レベルで調整)
• ベリリウムを金でコーティング
• 日傘機能（遮光板で極低温を保つ）
• 4種類の最新観測機器で多用途化
• 近赤外線カメラ「NIRCam」（波長2μm）
恒星の光で埋もれた系外惑星の情報探査に重要
• 近赤外線分光器「NIRSpec」（波長1.1μm）
マイクロシャッターアレイで同時に100か所のスペクトル捕捉
• 中間赤外線装置「MIRI」（波長7.7μm）
恒星周囲の円盤や極端に遠い銀河の光などを捕捉
• 近赤外線撮像・スリットレス分光器「NIRISS」（波長1.5μm）
9
※出所：Wiki「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡」
https://www.scientificamerican.com/article/are-the-james-webb-space-telescopes-pictures-real/

10. 10
https://www.nasa.gov/universe/webb-captures-stellar-gymnastics-in-the-cartwheel-galaxy/
https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/12624_cartwheel
車輪銀河：
中心で銀河が衝突した衝撃でリング状に
ちょうこくしつ座の方向約5億光年の距離（Cartwheel galaxy、ESO 350-40）
NIRCamとMIRIデータの合成 MIRIデータのみ

11. 創造の柱(わし星雲)
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ハッブル JWST

12. ギャラリー
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宇宙の崖(Cosmic Cliffs)：
7,600光年離れたカリーナ星雲にある崖のような画像
Credit : NASA, ESA, CSA, and STScI（以下同様）

13. 天王星(Uranus)
リングや雲が鮮明になり奇妙な天体解析に貢献
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https://www.businessinsider.jp/post-280081

14. ファーストスターを探せ！
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ファーストスターとは？
（天文学辞典）
宇宙創成後初めて誕生した星。
主に水素分子の放射冷却により
重力収縮して形成されたと考え
られている。
炭素より重い重元素を全く含ま
ず太陽質量よりもはるかに大き
かったと予想されている。
寿命はわずか数百万年で、その
後超新星爆発などを通して、重
元素の元を放出し、その後の銀
河形成に大きな影響を与えたと
考えられている。
https://astro-dic.jp/first-star/

15. JWSTの主な業績
太陽系内惑星での発見
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https://www.space.com/james-webb-space-telescope-2023-discoveries
https://www.space.com/james-webb-space-telescope-jupiter-jet-stream-photo
木星大気上空で地上ハリ
ケーンの2倍の速さで対流
するジェット流を初観測。
木製衛星エウロパの海に
CO2が含まれていること
もJWST観測で発見

16. JWSTの主な業績
太陽系外惑星での発見
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https://www.space.com/james-webb-space-telescope-exoplanet-atmosphere-carbon-dioxide-methane
ハイセアン型惑星K2-18 b(120光年の距離)
海（ocean）が存在し、大気には水素（hydrogen）が
豊富に存在しているタイプの惑星（上図はイメージ）
JWSTの観測で、新たにCO2・メタン・硫化ジ
メチル（DMS）を検出。
特にDMSは、地上では生物（海洋プランクト
ン）からしか生成されない物質として知られて
いる。
逆に、従来生命存在に期待され
ていたTrappist-1(40光年)の惑星
の一部は大気が存在しないこと
も分かった。

17. JWSTの主な業績
ファーストスターと銀河（ギャラクシー）
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https://sorae.info/astronomy/20230305-glass-z12.html
https://www.nhk.jp/p/zero/ts/XK5VKV7V98/blog/bl/pkOaDjjMay/bp/pwBb2V6G0w/
ビッグバンから3億6700万年後の銀河GLASS-z12
ビッグバンから
2億年後の銀河
か？

18. JWSTの主な業績
ユニバースブレーカー：宇宙初期に成熟した銀河発見
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既存理論ではあ
りえない、宇宙
初期に重すぎる
銀河！
https://sorae.info/astronomy/20230224-universe-breakers.html
暗黒時代（物質
が平坦な静かな
時代）ではない
のでは？

19. JWSTの主な業績
ブラックホールが宇宙初期に大量発生
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https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC040LN0U3A201C2000000/
宇宙誕生後8億〜18億年たった時に生まれた銀河185個の
JWST観測データを解析。その結果、10個の巨大ブラック
ホールの存在を突き止めた。（下図）
「従来の観測を元にした研究では、巨大ブラックホール
は銀河の個数の約1000分の1と考えられていた。今回の結
果はその50倍以上の水準で、既存の宇宙理論で説明でき
ないという。播金助教は「宇宙最初のブラックホールの
形成のされ方が、これまでの考え方と変わる可能性があ
る」と指摘する。」

20. JWSTの主な業績
酸素が宇宙初期に大量発生
20
https://www3.nhk.or.jp/news/html/20231109/k10014252591000.html
https://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/news/14329/

21. ラムダCDM：宇宙項（ラムダで表現。
万有斥力暗黒エネルギーが有力候補）
を加えたCold（速度が遅い）なDark Matter
（暗黒物質）が宇宙密度の初期揺らぎを与えた
というモデル
宇宙論の見直しか？１
21
現在の宇宙年齢：約１３８億年
現在のハッブル（膨張）定数： 68 (km/s/Mpc※)
→理論モデル(ラムダ CDM)を基に、ある超新星の明
るさを基準に計算したもので、ハッブル望遠鏡の観
測とは不整合・・・
→今回のJWST観測がハッブル観測を補強し、さらに
理論モデルとの不整合が明確に（右図）
※１pc＝3.26光年
https://www.space.com/james-webb-space-telescope-hubble-tension-universe-expansion

22. 宇宙論の見直しか？２
ある科学者の大胆な仮説
１．光が長距離を進むとエネル
ギーを失って赤方偏移が発生
（従来は赤方偏移は宇宙膨張の
みと解釈）
２．粒子間の相互作用を定める
物理定数が時間とともに変化
（過去ディラックも提唱）
→宇宙年齢は２６７億年
（まだ少数意見）
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https://www.uottawa.ca/about-us/media/news/reinventing-cosmology-uottawa-research-puts-age-universe-267-137-billion-years
137億年

23. 関連トピック：次世代宇宙望遠鏡
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高視野に強いナンシー・グレイス・ローマン宇宙望遠鏡
宇宙のダークエネルギーやダークマターの謎に挑むとともに、太陽系
外惑星を探し、またその姿を捉えることを目指す（2025年以降で発射
予定）
https://www.isas.jaxa.jp/missions/spacecraft/developing/roman.html

24. ハッブルとの視野比較（感度は同等）
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https://sorae.info/space/20220
809-nancy-grace-roman.html

25. まとめ
• JWSTは、最新技術を使って光学では見れない宇宙初期の姿を
とらえることができます。
• 宇宙初期の恒星／銀河だけでなく、系外惑星におけるハビタブ
ルゾーンの解像度を上げることにも成功しました。
• 宇宙初期は想像以上に活発な天体活動が確認でき、なかには従
来の宇宙理論の変更を迫るものもあります。
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