アインシュタインの一般相対性理論は、質量が時空を曲げ、歪んだ空間を進む光は曲線の経路をたどると予測した。この効果により、巨大な物体は宇宙の拡大鏡となる。それから1世紀以上経った今、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）がその予測を利用して、これまでのどの機器よりも深く宇宙を観測している。
JWSTのNIRCam装置による新しい画像は、はと座に約40億光年離れて位置する銀河団MACS J0553.4-3342を示している。この銀河団は実際には、すでに衝突して互いを通過し、現在は約100万光年離れた、ほぼ等しい質量を持つ2つの部分銀河団から構成されている。暗黒物質が支配的なそれらの合成質量は時空を著しく曲げ、遠方の背景銀河が引き伸ばされ歪んだ弧として現れる。
アインシュタインが予見した「トリッピー」な効果
画像の最も印象的な特徴は、フレーム左側の明るいオレンジ色の弧である。その内部には3つの明確な明るい点が埋め込まれており、これらは単一の背景銀河の3つの繰り返し像であり、銀河団の重力場によって引き伸ばされ拡大されている。これがアインシュタインの理論が予測し、天文学者が現在ツールとして使用している多重像レンズ効果である。
銀河団は自然の望遠鏡として機能し、そうでなければ暗すぎて遠すぎて見えないであろう天体を拡大し明るくしている。画像に見えるレンズ効果を受けた背景銀河は、ビッグバンから10億年以内の時代にまで遡り、人類が作ったどの機器も敵わない初期宇宙への窓を提供している。
より大規模なサーベイの一部
この画像は欧州宇宙機関とNASAによって今月の画像として公開され、VENUSサーベイ（Vast Exploration for Nascent, Unexplored Sources）の一部である。これはJWSTのTreasuryプログラムであり、約300時間の観測時間が割り当てられ、現在までで2番目に大規模なJWSTプログラムとなっている。このサーベイはトロント大学のSeiji Fujimotoと宇宙望遠鏡科学研究所のDan Coeが主導し、重力レンズ効果を用いて初期宇宙の銀河を系統的にマッピングすることを目的としている。
MACS J0553.4-3342は、まだ形成過程にある比較的若い銀河団である。2つの明るく巨大な楕円銀河が各副銀河団の核となり、その周りをより小さな束縛銀河のハローが取り囲み、前景の渦巻銀河と明るい天の川の星々が視野全体に散在している。画像を横切るオレンジ色の弧はレンズ効果を受けた背景銀河であり、その光は銀河団の重力によって引き伸ばされ歪められている。
重要性
重力レンズ効果は、観測天文学において最も強力なツールの一つとなっている。これにより天文学者は、あまりに遠くて暗いため他の方法では見えない銀河を研究し、宇宙の最初の10億年間におけるそれらの特性、星形成率、化学組成、構造を測定することができる。レンズ効果を起こす銀河団の新しいJWST画像は、追跡研究に利用できる拡大された背景銀河のカタログに追加される。
VENUSサーベイはまだ進行中である。Fujimotoと彼のチームは、ビッグバンから5億年以内のものもある数百のレンズ銀河を特定し、初期宇宙における銀河形成のこれまでで最も詳細な調査結果を提供することを期待している。
雅子 訳
出典
- Live Science: 「JWST uses Einstein prediction to probe farthest reaches」（2026年7月19日）
- ESA/Webb, NASA & CSA, S. Fujimoto: 今月の画像 potm2606a（2026年7月3日）
- VENUSサーベイ（JWST GO #6882）：主任研究者 Seiji Fujimoto、共同主任研究者 Dan Coe