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