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大規模銀河探査ースローン・ディジタル・スカイサーベ
イーが描き出した宇宙の姿
岡村定矩東京大学大学院理学系研究科天文学専攻
内容
• 銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)• スローン・デジタル・スカイサーベイ
(SDSS) とは• SDSS を可能にしたキーテクノロジー• SDSS の意義と初期成果; 何がわかったか• 宇宙を身近に : SDSS のスカイサーバー
• 銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)
銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)• 宇宙は銀河で満ちている
– 天の川から離れた方向では、星と星の隙間から遠い宇宙(銀河)が見える
– 1つの銀河には 1000 億個の星とガスがある– 天の川は私たちの住む銀河 銀河系– 宇宙には 1000 億個の桁の銀河がある
• 宇宙はとても大きい (時間と空間が結びついている)– 光速で旅しても長い時間がかかる– 遠方の天体ほど、より過去の姿を見せている
• 銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)• スローン・デジタル・スカイサーベイ
(SDSS) とは
• 写真より約 100 倍高感度の CCD (電荷結合素子)による 初めての広天域サーベイ(探査)• 5色(バンド)の画像 +100 万天体(主に銀河)のスペクトル
・ 25 億光年(従来の約 5 倍遠く)までの宇宙地図・ 銀河、クエーサー、星の高精度大規模データベース
スローン・デジタル・スカイサーベイ(SDSS) とは
米・日・独の国際共同研究プロジェクト ; 約 200 名の研究者日本参加グループ (JPG); 14 名 + 協力者 + 大学院生
池内 了 名古屋大学大学院理学研究科・教授 市川伸一 国立天文台天文学データ解析計算センター・助教授 市川 隆 東北大学大学院理学研究科・助教授 岡村定矩 東京大学大学院理学系研究科・教授 佐藤勝彦 東京大学大学院理学系研究科・教授 嶋作一大 東京大学大学院理学系研究科・助手 須藤 靖 東京大学大学院理学系研究科・助教授 関口真木 元東京大学宇宙線研究所・助教授 土居 守 東京大学大学院理学系研究科天文学教育研究センター・助教授 濱部 勝 日本女子大学理学部数物科学科・教授 福来正孝 東京大学宇宙線研究所・教授 松原隆彦 名古屋大学大学院理学研究科・助教授 安田直樹 東京大学宇宙線研究所・助教授 渡辺 大 宇宙開発事業団
日本参加グループ (JPG) のメンバー
スローン・デジタル・スカイサーベイ(Sloan Digital Sky Survey: SDSS)
この領域の銀河(と星)を探査
25 億光年
• 銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)• スローン・デジタル・スカイサーベイ
(SDSS) とは• SDSS を可能にしたキーテクノロジー
SDSS を可能にしたキーテクノロジー
• 口径 2.5m の広視野専用望遠鏡
• 超大型モザイク CCD カメラ
• 640 チャネル多天体同時分光器
• 大規模データ処理パイプライン
口径 2.5m の広視野専用望遠鏡 (1)
補正版 -1
補正版 -1
表面の曲がりが目で見える
CCD カメラ用フィルター
口径 2.5m の広視野専用望遠鏡 (2)
完成記念式典 (2000 年 10 月 )
モザイク CCD カメラ
分光器
超大型モザイク CCD カメラ400 万画素 x5 色 x6列
ri
uzg
スキャン方向
80 万画素 x24
5 色のバンド(波長帯) (u, g, r, i, z)
スペクトル
TDI: Time Delay and Integrate(時間遅延積分方式)
CCD カメラの出力 (5 色の画像 )
2セットで完全な帯 = ストライプ となる
6 本の細長い帯 (実際には隙間あり)
ここに写った天体のスペクトルを撮影する
640 チャネル多天体同時分光器 (1)
Two double spectrographs
320 本の光ファイバー
# 1
# 2
640 チャネル多天体同時分光器 (2)
fiber plugging plug plate(精密穿孔板)
CCD カメラ
ワンタッチ交換可能
光ファイバーカートリッジシステム
光ファイバーカートリッジ
分光器スリット部
分光器
大規模データ処理パイプライン
SDSS の観測サイト(天文台)
アパッチポイント天文台(アメリカ、ニューメキシコ州)
標高 : 2800m
• 銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)• スローン・デジタル・スカイサーベイ
(SDSS) とは• SDSS を可能にしたキーテクノロジー• SDSS の意義と初期成果; 何がわかったか
– 人類が作った最大の宇宙地図が語るもの
銀河の分布(世界最大の宇宙地図)
可視化ツールは三橋賢司氏(東京大学理学部 ) による
SDSS が作った宇宙地図による仮想宇宙旅行
(ムービー by NHK )
NHK 教育テレビ 「サイエンス Zero」 2003/6/11 放映
SDSSSDSS のインパクトのインパクト
• たくさんの天体 高い信頼度(精度)• めったにないまれな天体の発見• 予想外の新発見
CCD による初めての広天域探査
宇宙地図から銀河の群れ具合を測定する
205,443 個の銀河の内、赤道面上にある 66,976 個天球上の見え方
宇宙の3次元地図からダークエネルギーとダークマターの存在が確実なものに
宇宙の物質構成が5%の原子、 25%のダークマター、70%のダークエネルギー の場合の理論予想
WMAP衛星
密度ゆらぎ(疎密の度合
い)
100 億光年1 億光年 10 億光年ゆらぎの長さ
• 銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)• スローン・デジタル・スカイサーベイ
(SDSS) とは• SDSS を可能にしたキーテクノロジー• SDSS の意義と初期成果; 何がわかったか
– 人類が作った最大の宇宙地図が語るもの– 宇宙の暗黒時代の終わりが見えた
再電離(天体のはじまり)
高温プラズマ 中性水素
140 億年~40 万年
宇宙の再電離 ( 天体の始まり)• 宇宙の晴れ上がり(ビッグバンから約 4 0万年後)
– 電子が水素原子核と結合 中性水素ができた• 現在、中性水素は銀河の中にはあるが、銀河と銀河の間
の宇宙空間にはない(初代の天体の紫外線で電離した)
理論の予想 z=6-30?
Z: 赤方偏移
時間を測る 物差し
SDSS が発見した、高赤方偏移の 4 つのクェーサーのスペクトル。
波長
z=5.80
z=5.82
z=5.99
z=6.28
z>6 になると中性水素の吸収が強くなる。
z~ 6-7 が多数の銀河の形成期(ビッグバンから10億年程度)
(可視光・近赤外線が有効)
(宇宙最初の天体 z=17+/-5 )
WMAP 衛星
• 銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)• スローン・デジタル・スカイサーベイ
(SDSS) とは• SDSS を可能にしたキーテクノロジー• SDSS の意義と初期成果; 何がわかったか
– 人類が作った最大の宇宙地図が語るもの– 宇宙の暗黒時代の終わりが見えた– まれな天体や予想外の新発見
稲田 直久、大栗 真宗、須藤 靖 ( 東京大学大学院理学系研究科物理学専攻 )らによる
もっとも離れたクエーサーの重力レンズ像
14.6秒角
銀河団(約 62 億光年 )
小さな天体(銀河)を飲み込んで、銀河の形成は今も続く銀河系に引き裂かれる球状星団
12 万光年
銀河系の外周部を回転する星のリング
アンドロメダ銀河のハローに飲み込まれる星の集団
満月の大きさ
• 銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)• スローン・デジタル・スカイサーベイ (SDSS) と
は• SDSS を可能にしたキーテクノロジー• SDSS の意義と初期成果; 何がわかったか
– 人類が作った最大の宇宙地図が語るもの– 宇宙の暗黒時代の終わりが見えた– まれな天体や予想外の新発見
• 宇宙を身近に : SDSS のスカイサーバー
SDSS のデータ公開サイト
http://skyserver.nao.ac.jp/
・早期データ公開 2001 年 6 月
・第一次データ公開 2003 年 7 月
(1)教育用プログラム
(2)本格的な研究も可能
.
流れる夜空
夜、部屋の明かりを消してご覧下さい。
望遠鏡で本物の夜空を見ていると錯覚することうけあいです。
まとめ
• 銀河からなる宇宙(宇宙の広がり)• スローン・デジタル・スカイサーベイ
(SDSS) とは• SDSS を可能にしたキーテクノロジー• SDSS の意義と初期成果; 何がわかったか• 宇宙を身近に : SDSS のスカイサーバー