JWSTが明らかにした幻想銀河M74の壮大な構造と銀河進化の鍵

NASAとESA、CSAの共同運用するジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が、M74として知られる「幻想銀河(ファントム銀河)」の中心部を鮮明に捉えることに成功しました。この画期的な観測により、銀河の形成と進化に関する新たな知見が得られることが期待されています。

幻想銀河の特徴

This image from the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope shows the heart of M74, otherwise known as the Phantom Galaxy. Webb’s sharp vision has revealed delicate filaments of gas and dust in the grandiose spiral arms which wind outwards from the centre of this image. A lack of gas in the nuclear region also provides an unobscured view of the nuclear star cluster at the galaxy's centre. M74 is a particular class of spiral galaxy known as a ‘grand design spiral’, meaning that its spiral arms are prominent and well-defined, unlike the patchy and ragged structure seen in some spiral galaxies. The Phantom Galaxy is around 32 million light-years away from Earth in the constellation Pisces, and lies almost face-on to Earth. This, coupled with its well-defined spiral arms, makes it a favourite target for astronomers studying the origin and structure of galactic spirals. Webb gazed into M74 with its Mid-InfraRed Instrument (MIRI) in order to learn more about the earliest phases of star formation in the local Universe. These observations are part of a larger effort to chart 19 nearby star-forming galaxies in the infrared by the international PHANGS collaboration. Those galaxies have already been observed using the NASA/ESA Hubble Space Telescope and ground-based observatories. The addition of crystal-clear Webb observations at longer wavelengths will allow astronomers to pinpoint star-forming regions in the galaxies, accurately measure the masses and ages of star clusters, and gain insights into the nature of the small grains of dust drifting in interstellar space.Hubble observations of M74 have revealed particularly bright areas of star formation known as HII regions. Hubble’s sharp vision at ultraviolet and visible wavelengths complements Webb’s unparalleled sensitivity at infrared wavelengths, as do observations from ground-based radio telescopes such as the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA. By combining data from telescopes operating across
JWSTが捉えた「幻想銀河」M74の”心臓部”
Credit:ESA/Webb, NASA & CSA, J. Lee and the PHANGS-JWST Team. 

幻想銀河は、地球から約3200万光年離れたうお座に位置しています。
ほぼ真正面から見える位置関係にあり、その見事な渦状構造が特徴的な「グランドデザイン銀河」に分類されます。
他の渦巻銀河に見られるような不規則でまだらな構造とは異なり、明確に定義された壮大な渦巻腕を持っています。

最新の観測結果

ウェッブ望遠鏡の中間赤外線観測装置(MIRI)による観測では、銀河の中心から外側に向かって広がる渦巻腕に含まれる繊細なガスや塵の分布が明らかになりました。
特筆すべきは、中心核領域にガスが少ないため、銀河中心の星団が鮮明に観測できたことです。

PHANGSプロジェクトについて

この観測は、国際的な研究プロジェクト「PHANGS」の一環として行われました。
このプロジェクトでは、近傍の星形成銀河19個を赤外線で観測することを目指しています。
これらの銀河は、すでにハッブル宇宙望遠鏡や地上の観測所でも観測されていますが、ウェッブ望遠鏡による長波長での高精細な観測データが加わることで、新たな可能性が開かれています。

研究者たちは、銀河内の星形成領域を正確に特定し、星団の質量と年齢を精密に測定することができるようになります。
さらに、星間空間を漂う微細な塵の性質についても、これまでにない詳細な知見が得られると期待されています。

複数の望遠鏡による相補的な観測

M74 shines at its brightest in this combined optical/mid-infrared image, featuring data from both the NASA/ESA Hubble Space Telescope and the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope. With Hubble’s venerable Advanced Camera for Surveys (ACS) and Webb’s powerful Mid-InfraRed Instrument (MIRI) capturing a range of wavelengths, this new image has remarkable depth. The red colours mark dust threaded through the arms of the galaxy, lighter oranges being areas of hotter dust. The young stars throughout the arms and the nuclear core are picked out in blue. Heavier, older stars towards the galaxy’s centre are shown in cyan and green, projecting a spooky glow from the core of the Phantom Galaxy. Bubbles of star formation are also visible in pink across the arms. Such a variety of galactic features is rare to see in a single image. Scientists combine data from telescopes operating across the electromagnetic spectrum to truly understand astronomical objects. In this way, data from Hubble and Webb compliment each other to provide a comprehensive view of the spectacular M74 galaxy. Links  Pan of the Phantom Galaxy Hubble and Webb Showcase M74 Pan of Combined optical/mid-infrared image of M74 (Hubble and Webb) Image A Image C
JSWTの赤外画像とハッブル宇宙望遠鏡の可視光画像を組み合わせて現れたM74の姿
Credit:ESA/Webb, NASA & CSA, J. Lee and the PHANGS-JWST Team; ESA/Hubble & NASA, R. Chandar

ハッブル望遠鏡による過去の観測では、M74において特に明るいHII領域(星形成領域)が確認されています。
ウェッブ望遠鏡の優れた赤外線観測能力は、ハッブル望遠鏡の紫外線・可視光観測や、ALMAなどの地上電波望遠鏡による観測データを補完します。
このように、異なる波長で観測を行う複数の望遠鏡のデータを組み合わせることで、天体についてより包括的な理解が可能になります。

左:ハッブル宇宙望遠鏡が捉えた幻想銀河(M74)の可視光観測画像
右:ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による赤外線観測画像
中央:両望遠鏡のデータを組み合わせた合成画像
異なる波長での観測データを組み合わせることで、天体の包括的な理解が可能になります
Credit:ESA/Webb, NASA & CSA, J. Lee and the PHANGS-JWST Team; ESA/Hubble & NASA, R. Chandar

国際協力による技術革新

MIRIは、ESAとNASAが共同で提供した観測装置で、欧州の研究機関コンソーシアム(MIRI欧州コンソーシアム)がJPLとアリゾナ大学と協力して設計・製作しました。
この最新の観測成果は、国際協力による宇宙研究の重要性を改めて示すものとなりました。


参考文献

星空案内人
宇宙の壮大な美しさを、背景の科学の面白さとともに誰もが理解できる言葉で伝えることを目指す科学ライター
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