DESI の初年度データは、膨張する宇宙の前例のない測定値を提供する

科学者たちは、宇宙の地図を作成し、暗黒エネルギーの秘密を明らかにするという暗黒エネルギー分光装置の探求から得られたデータの最初のバッチを分析しました。

山の頂上にある望遠鏡に 5,000 台の小型ロボットを搭載した暗黒エネルギー分析装置 (DESI) を使用すると、研究者は 110 億年の過去を覗き見ることができます。 宇宙の遠方の物体からの光が現在 DESI に到達しており、科学者は宇宙が若い頃の地図を作成しながら成長を追跡できるようになりました。 宇宙がどのように進化したかを理解することは、物理学における最大の謎の 1 つである暗黒エネルギーと結びついており、研究者らはこの暗黒エネルギーが宇宙の膨張を引き起こしていると仮説を立てています。

DESI は、世界中から 800 名を超える科学者が参加する国際的な科学コラボレーションです。 彼らには、ロチェスター大学の宇宙論グループの研究者が含まれています。このグループは、物理学、天文学、データ サイエンス、コンピューター サイエンスの教授、博士研究員、大学院生、学部生を含む学際的なグループです。 グループの共同リーダーは物理学教授のレジーナ・ディミナ氏です。 セゲブ・ベンゼヴィ、物理学准教授。 ケリー・ダグラス、物理学と天文学の助教授（教育）。

DESI は現在、4,000 万個の銀河とクエーサーを測定し、これまでで最も正確な測定結果を用いて、これまでに作成された中で最大の宇宙の 3D マップを作成するという 5 年間のミッションに取り組んでいます。 この機器は2021年に調査を開始し、研究者らは最近、宇宙の膨張率や組成の測定など、最初の1年間に収集されたデータの分析を発表した。 彼らは分析を次のように発表しました。 複数のシートがオンになっている arXiv 先進のプリントサーバー。

「DESI データは、私たちがこれまでに収集したものと比較して、量が大幅に増加しています」とダグラス氏は言います。 「DESI が実施した銀河とクエーサーの初年度サンプルは、過去 40 年間に実施されたすべての分光調査の合計測定値の 6 倍の大きさです。」

デメンナ氏は、初年度のデータはほんの始まりにすぎないと付け加え、「完全なデータセットにより、宇宙の夜明け、つまり宇宙が急激な指数関数的膨張を遂げた時期を詳しく調べることができるようになるだろう」と付け加えた。

空の視覚的な目

DESI 機器は、アリゾナ州ツーソン近郊にある国立科学財団のキット ピーク国立天文台にある改造されたメイオール望遠​​鏡に設置されています。 この機器には、望遠鏡の視野を拡大する光学系が組み込まれており、望遠鏡の視野内の物体から分光データを収集し、宇宙の銀河やクエーサーの 3D 位置をスキャンするためのロボット制御された 5,000 本の光ファイバーが含まれています。

ロチェスター グループは 2017 年から DESI に参加しています。グループのメンバーは、5,000 本のファイバーが確実にターゲットに最適に向けられるようにするためのソフトウェア開発やトラブルシューティングなど、ツールの運用において重要な役割を果たしました。

ロチェスターグループのメンバーは、結果の精度と信頼性をより確実にするために、測定に影響を与える可能性のある方法論的な不確実性、つまり潜在的な誤差や差異の調査など、初年度のデータの検証にも大きく貢献しました。

宇宙の膨張と暗黒エネルギーを読み解く

DESI は、ビッグバン直後の条件の結果として形成された、銀河によって追跡される巨大な泡のような構造であるバリオン音響振動 (BAO) を測定するように設計されています。 DESI は初年度に、分光サンプルから採取した 570 万個の銀河とクエーサーを使用して、BAO のサイズを測定し、宇宙の膨張速度 (ハッブル定数として知られる量) を推定しました。

BAO は、暗黒物質と暗黒エネルギーの密度を制限するためにも使用されます。 科学者たちは長い間、宇宙は一定の速度で膨張していると信じてきましたが、 1999年 彼は拡大速度が加速していることを発見した。 ダークエネルギーが加速を推進していると考えられています。

いくつかの理論は、ビッグバン直後に宇宙のインフレーション成長を引き起こすと考えられているスカラー場と同様の、1 つまたは複数のスカラー場 (宇宙を膨張させる目に見えない力) が暗黒エネルギーに寄与していることを示唆しています。

「これまでのところ、人類に知られているスカラー場は 1 つだけです。それがヒッグス場です」と、スイスの CERN で大型ハドロン衝突型加速器を使用して 2012 年にヒッグス場を発見したチームの一員であるデメンナ氏は言います。 「そのような分野がさらにあるかどうかを確認する良い機会です。」

DESI が答えようとしているもう 1 つの疑問は、ダーク エネルギーが宇宙のどこでも一定の値 (宇宙定数として知られる) を持つのか、それともその特性が時間と空間とともに変化するのかということです。 DESI の 1 年間の BAO 測定は宇宙定数と一致していますが、ダーク エネルギーが進化する、または「動的」場であることを示唆するモデルをわずかに支持しています。

ベンツヴィ氏によると、「ダークエネルギーの進化の証拠は非常に興味深いものである可能性があるが、偶然の変動である可能性もある。次のデータバッチを見るまでは確信が持てない。現在の推定では、ダークエネルギーの進化は2025年後半となっている」次のリリース。」