アリゾナ州のキットピーク国立天文台では、5,000個の小さなロボットの目を持つ観測装置が夜空をスキャンしている。この装置と望遠鏡は20分ごとに、5,000個の新しい銀河を観測する。この装置はDESI（Dark Energy Survey Instrument）と呼ばれ、5年間のミッションが完了すれば、これまでに作成された中で最大の宇宙の3Dマップを作成することになる。
しかし、科学者たちは既にDESIの最初のデータにアクセスしており、それによれば、ダークエネルギーが進化している可能性が示されているという。
DESIのWebサイトによれば、DESIは世界で最も強力な多天体サーベイ分光器である。何千万もの銀河やクエーサーのスペクトルを集めている。ゴールは、110億光年先までの宇宙の3Dマップである。その地図は、ダークエネルギーが宇宙の膨張をどのように促進してきたかを説明するのに役立つだろう。
DESIは2021年に始まり、5年間のミッションを予定している。プロジェクトの科学者たちは、DESIは過去110億年間の宇宙の膨張を極めて正確に測定することに成功したと述べている。
DESIは5,000個のロボットアイで一度に5,000個の天体の光を集める。DESIは20分ごとに5,000個の新しい天体を観測するので、観測条件が良ければ毎晩10万個の銀河やクエーサーを観測することになる。
DESIのデータは、宇宙の大規模構造の地図を作成する。このマップは、科学者が宇宙の膨張の歴史とダークエネルギーが果たす役割を解明するのに役立つだろう。ダークエネルギーが何であるかはわからないが、何らかの力が宇宙の膨張を加速させていることはわかっている。
「DESI装置はマヨール望遠鏡を世界最高の宇宙地図作成装置に変えました。チームは、宇宙の大規模構造の研究に新たな基準を打ち立てたのです。この初年度のデータは、宇宙の膨張の歴史を解き明かすというDESIの探求のほんの始まりに過ぎず、これから起こる驚異的な科学を暗示するものです」と、DESIを運営するNOIRLabのディレクター、Pat McCarthyは述べている。
DESIは、バリオン音響振動（BAO）に依存することで、ダークエネルギーを測定する。バリオン物質とは「通常の」物質のことで、原子や原子でできたあらゆるものを指す。音響振動は、宇宙の始まりにさかのぼる通常の物質の密度揺らぎである。BAOは、宇宙がすべて高温で高密度のプラズマであったときに、その中を移動した揺らぎ（圧力波）の痕跡である。
宇宙が冷えて膨張するにつれて、密度波が波紋を凍りつかせ、密度が高いところに銀河が形成された。BAOの波紋模様は、DESIの先行画像で見ることができる。銀河の束（銀河フィラメント）が集まっているのがわかる。これらは、密度がずっと低い空洞によって隔てられている。
DESIが深く見れば見るほど、銀河は暗くなる。BAOを検出するのに十分な光は得られない。そこで登場するのがクエーサーだ。クエーサーは非常に明るい銀河の中心であり、遠方のクエーサーからの光はBAOパターンの影を作る。光は宇宙空間を移動するとき、物質の雲と相互作用して吸収される。これによって天文学者は物質の密集したポケットをマッピングできるのだが、それには45万個以上のクエーサーが必要だった。これは、このようなサーベイで観測されたクエーサーの中で最多である。
BAOパターンは、これほど詳細かつ広大な距離にわたって収集されているため、宇宙の定規として機能する。近傍の銀河と遠方のクエーサーの測定値を組み合わせることで、天文学者は宇宙の歴史の異なる時期にわたる波紋を測定することができる。これにより、ダークエネルギーが時間とともにどのようにスケールを広げてきたかを見ることができる。
宇宙の最初の30億年間は、放射線が宇宙を支配していた。宇宙マイクロ波背景放射はその証拠である。その後数十億年間は、物質が宇宙を支配した。宇宙はまだ膨張を続けていたが、物質による重力のために膨張は減速していた。しかしその後、膨張は再び加速し、私たちはその加速の背後にある力をダークエネルギーと呼んでいる。
これまでのところ、DESIのデータは宇宙学者の宇宙に関する最良のモデルを支持している。しかし、いくつかおかしな点もある。
「DESIのディレクターでありLBNLの科学者であるマイケル・レヴィは言う。「これまでのところ、我々の最高の宇宙モデルと基本的な一致を見ているが、ダークエネルギーが時間とともに進化していることを示す可能性のある興味深い違いも見ている。
レヴィは、ビッグバン宇宙論の標準モデルとしても知られるラムダコールドダークマター（ラムダCDM）について言及している。ラムダCDMには、弱い相互作用をするタイプの物質であるコールドダークマターとダークエネルギーが含まれている。どちらも宇宙がどのように膨張するかを形成するが、その方法は正反対である。ダークエネルギーは膨張を加速させ、通常の物質とダークマターは膨張を減速させる。宇宙はこの3つすべての寄与に基づいて進化する。ラムダCDMは、他の実験や観測で見つかっていることをうまく説明している。また、ダークエネルギーは一定で、宇宙全体に均等に広がっていると仮定している。
このデータは最初のリリースに過ぎないので、ダークエネルギーの進化の確認は待たなければならない。DESIが5年間の運用を終える頃には、300万個以上のクェーサーと3700万個以上の銀河のマッピングが完了しているだろう。この膨大なデータは、ダークエネルギーが変化しているかどうかを科学者が理解するのに役立つはずだ。
最終的な答えがどうであれ、この疑問は宇宙を理解する上で不可欠である。
「このプロジェクトは、宇宙の膨張を駆動する謎のダークエネルギーの性質など、天文学における最大の疑問のいくつかに取り組んでいます。DOEのDESIとNSFのマヨール望遠鏡によってもたらされる卓越した継続的な成果は、間違いなく今後何年にもわたって宇宙論研究を推進することになるでしょう」と、NOIRLabのNSFプログラム・ディレクターであるChris Davis氏は言う。
ダークエネルギーを理解するための取り組みはDESIだけではない。ESAのユークリッド探査機は、宇宙論者がダークエネルギーの疑問に答えるのを助けるために、すでに独自の測定を行っている。
数年後には、DESIはダークエネルギーを理解するために、さらに強力な味方を得ることになるだろう。ヴェラ・ルービン天文台とナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡が、とらえどころのないダークエネルギーの理解に貢献するだろう。これら3つの天文台はそれぞれ独自のサーベイを行い、そのデータを組み合わせることで、宇宙論者は長い間待ち望んでいた答えを導き出すことができるだろう。
しかし今のところ、科学者たちはDESIの最初のデータ公開を祝っている。
エネルギー省の高エネルギー物理学担当アソシエイト・ディレクターであるGina Rameika氏は、「DESIの運用開始1年目から宇宙論の結果が出たことを嬉しく思います。DESIはその素晴らしい性能と、宇宙のダークエネルギーに関する我々の理解をどのように形成しているかで、我々を驚かせ続けているのです」と、述べている。
この記事は、EVAN GOUGH氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。
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