BOSSのように:天文学者が宇宙の膨張率を正確に測定する方法

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宇宙の拡大を研究する天体物理学者たちは、これまでに組み立てられた最大の銀河カタログを使用して、精密宇宙論の刺激的な時代を先導しています。先週、スローンデジタルスカイサーベイ(SDSS)が最終的な公開データリリースを発行しました。また、最大のプログラムである科学者であるバリオン振動分光法サーベイ(BOSS)も、ワシントン州シアトルで開催されたアメリカ天文学会で最終結果を発表しました。

SDSS-IIIディレクター、ハーバードスミソニアン天体物理学研究所のダニエルアイゼンスタインによると、BOSSは10,000平方度以上、つまり空の25%をマッピングすることで、「世界最大の銀河系外赤方偏移調査によって宇宙の加速膨張を測定しています」。 BOSSの結果には、宇宙の膨張率(「バブル定数」と呼ばれます)と暗黒物質、星、ガス、およびダストを含む物質密度の新しい正確な測定が含まれます。

BOSSは、ニューメキシコのアパッチポイント天文台にある2.5メートルのスローン財団望遠鏡で観測を行い、1.5のスペクトルと空間位置を生成しました。 百万 一側面が85億光年の長さの立方体に相当する体積の銀河と30万個のクエーサー(上の画像を参照)。天文学者はこの豊富なデータセットを使用してオブジェクトの分布をマッピングし、初期宇宙のバリオン音響振動によって刻印された特徴的なスケールを検出しました。音波は、池に広がるさざ波のように時間とともに外に向かって伝播し、銀河の相対的な位置にある大規模なクラスタリング信号によって示されます(下の図を参照)。この信号をさまざまな時間に分析することにより、宇宙の膨張を加速させる神秘的な「暗黒エネルギー」の挙動を研究することが可能です。

BOSSの最終結果では、数百人の国際協力者がこのスケールをかつてない精度で測定しました。特に、オハイオ州立大学のAshley Ross氏は、銀河の横方向と見通し線の分布の分析を組み合わせることの威力を示す結果を発表しました。 Eric Aubourgと共同研究者による論文で、BOSSの天文学者は、「ローカル」宇宙の銀河と、宇宙マイクロ波と組み合わせたときに、1%レベル未満の非常に小さな系統誤差を持つ宇宙のクエーサーの宇宙距離スケールを測定しました背景の制約。彼らの宇宙論的分析は、ハッブル定数と宇宙の物質密度の測定値をもたらし、宇宙定数を持つ「平らな」冷たい暗黒物質宇宙論と一致しています(下記参照)。曲率、進化する暗黒エネルギー、または大規模なニュートリノを含む宇宙論モデルは完全に除外されていませんが、以前よりもデータによってサポートされていません。コラボレーションのその他の結果は、今後数か月以内に公開のために提出されます。

BOSSデータセットは、「宇宙の大規模構造を構成する銀河のネットワークをマッピングする際のゴールドスタンダードを表しています...このデータにより、これまで以上に高い精度で、暗黒エネルギーの存在、重力の挙動を追跡できます宇宙のスケールで、そして大規模なニュートリノの影響」と共同研究に関与していないスウィンバーン大学のクリス・ブレイクは言う。

BOSSチームはここからどこへ行くのですか?このコラボレーションは、SDSS-IVの作業を開始しました。SDSS-IVの6年間の使命には、野心的な拡張BOSS(eBOSS)調査が含まれます。ニューヨーク大学のeBOSSターゲティングコーディネーターであるジェレミーティンカーによれば、700,000を超えるクエーサーのeBOSS観測は、「現在の大規模な調査ではカバーされていない、はるかに高い赤方偏移レジームで」距離スケールを正確に測定します。

BSSの詳細と、SDSSの他の3つのコンポーネントに関する最新情報については、こちらの以前の記事をご覧ください。
SDSSウェブサイト

(完全な開示:Ramin Skibbaは2010〜2012年にBOSSコラボレーションのメンバーでした。)

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