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） 天の川 （全天の半分） （可視光） 天の川 （全天） （近赤外線） 全天の天の川=銀河系の姿 天の川 （可視光） 銀河 （可視光） NGC 891 天の川 （近赤外線） 銀河 （可視光） NGC 4565 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 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 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 日本参加グループ(JPG)のメンバー 池内 了 市川伸一 市川 隆 岡村定矩 佐藤勝彦 嶋作一大 須藤 靖 関口真木 土居 守 濱部 勝 福来正孝 松原隆彦 安田直樹 渡辺 大 名古屋大学大学院理学研究科・教授 国立天文台天文学データ解析計算センター・助教授 東北大学大学院理学研究科・助教授 東京大学大学院理学系研究科・教授 東京大学大学院理学系研究科・教授 東京大学大学院理学系研究科・助手 東京大学大学院理学系研究科・助教授 元東京大学宇宙線研究所・助教授 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 日本女子大学理学部数物科学科・教授 東京大学宇宙線研究所・教授 名古屋大学大学院理学研究科・助教授 東京大学宇宙線研究所・助教授 宇宙開発事業団 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 • 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) CCDカメラ用 フィルター 補正版-1 表面の曲がりが目で見える 補正版-1 口径2.5mの広視野専用望遠鏡(2) 分光器 モザイクCCDカメラ 完成記念式典 (2000年10月) 超大型モザイク CCD カメラ 400万画素x5色x6列 80万画素x24 ス キ ャ ン 方 向 u ｒ i z g 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) 6本の細長い帯 （実際には隙間あり） ２セットで完全な帯 = ストライプ となる 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) 320 本の光ファイバー #1 #2 Two double spectrographs 640チャネル多天体同時分光器(2) 光ファイバーカートリッジシステム ワンタッチ交換可能 光ファイバーカートリッジ 分光器 CCD カメラ 分光器スリット部 fiber plugging plug plate （精密穿孔板） 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 SDSSのインパクト CCDによる初めての広天域探査 • 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 宇宙地図から銀河の群れ具合を測定する 天球上の見え方 205,443個の銀河の内、赤道面上にある66,976個 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 密 度 ゆ ら ぎ （ 疎 密 の 度 合 い ） WMAP衛星 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 1億光年 10億光年 ゆらぎの長さ 100億光年 • • • • 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 ~40万年 140億年 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4０万年後） – 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） Z: 赤方偏移 時間を測る 物差し 理論の予想 z=6-30? 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。 z=5.80 z=5.82 z>6になると中性水素 の吸収が強くなる。 z=5.99 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） z=6.28 （宇宙最初の天体 z=17+/-5） 波長 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 もっとも離れたクエーサーの重力レンズ像 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 銀河団 （約62億光年 ） 14.6秒角 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 アンドロメダ銀河の ハローに飲み込まれ る星の集団 銀河系の外周部を回転す る星のリング 12万光年 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 ・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 夜、部屋の明かりを消して ご覧下さい。 流れる夜空 http://skyserver.nao.ac.jp/ 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
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