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NASAの「ローマン」とESAの「ユークリッド」が暗黒エネルギー調査で提携か

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NASAのカリフォルニア州パサディナにあるJPL研究所(Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif.)は2023年06月27日に、ESAのユークリッド(ESA Euclid/左)とNASAのローマン宇宙望遠鏡(NASA Roman space telescope)は、このアーティストコンセプトのように、相補的な方法で暗黒エネルギーの宇宙の謎(cosmic mystery of dark energy)この2つのミッションは、まだ解明されていない現象を相補的な方法で研究する。
ESA(European Space Agency/欧州宇宙機関)のミッションで、NASAも重要な貢献をする「ユークリッド」と名付けられた新しい宇宙望遠鏡は、宇宙の膨張が加速している理由を探るために2023年07月に打ち上げられる予定である。科学者たちは、この宇宙加速の未知の原因を「暗黒エネルギー(dark energy)」と呼んでいる。
2027年05月までに、NASAのナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡(Nancy Grace Roman Space Telescope)がユークリッドに加わり、これまで不可能だった方法でこのパズルを探求する。

「発見から25年経った今でも、宇宙の加速膨張は天体物理学で最も差し迫った謎のひとつです」と、南カリフォルニアにあるNASAジェット推進研究所の上級研究員ジェイソン・ローデス(Jason Rhodes, a senior research scientist at NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Southern California)は言う。
ローデスはローマンの副プロジェクトサイエンティスト(deputy project scientist for Roman)であり、ユークリッドの米国科学責任者(U.S. science lead for Euclid)でもある。
「これらの次期望遠鏡によって、我々はこれまで達成可能だったよりもはるかに高い精度で、さまざまな方法で暗黒エネルギーを測定し、この謎の探求の新しい時代を切り開くだろう。」

科学者たちは、宇宙の加速膨張がさらなるエネルギー成分によって引き起こされたものなのか？、それとも重力に対する我々の理解を何らかの形で変える必要があることを示しているのか？、確信が持てないでいる。

天文学者は、ローマンとユークリッドを使って両方の理論を同時に検証し、科学者たちは両ミッションが宇宙の根本的な仕組みに関する重要な情報を明らかにすることを期待している。

「ユークリッド」と「ローマン」はともに宇宙加速を研究するために設計されたが、異なる補完的な戦略を用いる。

両ミッションとも宇宙の3D地図を作成し、宇宙の歴史と構造に関する基本的な疑問に答える。

両ミッションを合わせると、どちらか一方が単独で行うよりもはるかに強力なものとなる。

ユークリッドは、赤外線と光学光の両方の波長で、全天の約15,000平方度、つまり全天の約3分の1というはるかに広い範囲を観測するが、ローマンよりも詳細な観測はできない。宇宙が約30億歳だった頃まで100億年さかのぼることになる。

ローマン最大のコアサーベイでは、宇宙をより深く、より精密に探査することが可能だが、その面積は約2,000平方度、つまり全天の20分の1である。

その赤外線ビジョンによって、20億年前の宇宙が明らかになり、より暗い銀河の数が増える。ユークリッドはもっぱら宇宙論に焦点を当てるが、ローマンでは近傍銀河の調査、銀河系全体の惑星の発見と調査、太陽系外縁部の天体の研究など、さらに多くのことを行う予定である。

暗黒エネルギーの探求

1927年にベルギーの天文学者ジョルジュ・ルメートル(Georges Lemaître)によって発見され、1929年にはエドウィン・ハッブル(Edwin Hubble)によって発見された。しかし科学者たちは、宇宙の物質が持つ重力によって、その膨張が徐々に遅くなると予想していた。

1990年代、ある種の超新星を調べることによって、科学者たちは約60億年前に暗黒エネルギーが宇宙への影響力を増大させ始めたことを発見した。

暗黒エネルギーが加速しているということは、我々の宇宙観には根本的な何かが欠けているということである。

「ローマン」と「ユークリッド」は、我々の理解のギャップを埋めるために、説得力のある新しいデータを別々に提供する。

彼らは、いくつかの異なる方法で宇宙加速の原因を突き止めようとする。

まず、ローマンとユークリッドの両方は、弱い重力レンズと呼ばれる技術を使って物質の蓄積を研究する。この光が曲がる現象は、質量を持つものが時空の布をゆがめるために起こる。質量が大きければ大きいほど、ゆがみは大きくなる。このゆがみの中を光が移動することで、遠くの天体の像もゆがんで見える。これらの「レンズ」で、天体が巨大な銀河や銀河団である場合、背景の光源が不鮮明に見えたり、複数の像が形成されたりする。

暗黒物質の塊のような質量がそれほど集中していない天体は、より微妙な効果を生み出すことがある。これらの小さな歪みを調べることで、ローマンとユークリッドはそれぞれ3Dダークマター・マップ(3D dark matter map/3D暗黒マター・マップ)を作成する。暗黒物質の引力は、銀河や銀河団をまとめる宇宙の接着剤のような役割を果たし、宇宙の膨張に対抗するため、このマップは宇宙の加速に関する手がかりを与えてくれるだろう。宇宙時間全体で宇宙の暗黒物質を集計することで、科学者たちは宇宙加速をもたらす押し合いへし合いについてより深く理解することができるだろう。

この2つのミッションは、異なる宇宙時代における銀河の集まり方についても研究する。科学者たちは、近傍宇宙の観測から銀河の集まり方にパターンを発見した。現在、どの銀河でも、5億光年ほど離れたところに別の銀河を見つける確率は、少し近い銀河や遠い銀河を見つける確率の約2倍である。

この距離は、宇宙空間の膨張により、時間とともに長くなっている。宇宙のはるか彼方、もっと昔の宇宙時代を調べることで、天文学者は異なる時代における銀河間の好ましい距離を調べることができる。それがどのように変化したかを見ることで、宇宙の膨張の歴史が明らかになる。銀河の集まり方が時間とともにどのように変化するかを見ることで、重力の正確なテストも可能になる。これによって天文学者は、未知のエネルギー要素と、宇宙加速を説明するさまざまな修正重力理論とを区別することができるようになる。

ローマン宇宙飛行士は、遠方のIa型超新星を発見するための追加調査を行う。これらの爆発は、同じような固有の明るさでピークを迎える。このため天文学者は、超新星の明るさを測定するだけで、その超新星がどれほど遠くにあるのかを知ることができる。

天文学者はローマンを使ってこれらの超新星の光を研究し、超新星が我々からどのくらい速く遠ざかっているように見えるかを調べる。異なる距離でどれくらいの速さで遠ざかっているかを比較することで、科学者たちは宇宙膨張の時間経過を追跡することができる。これにより、ダークエネルギーが宇宙の歴史を通じて変化してきたかどうか、またどのように変化してきたかをよりよく理解することができる。

強力なペア

2つのミッションの調査は重なり合い、ユークリッドはローマンがスキャンする全領域を観測する可能性が高い。つまり、科学者たちは、より高感度で精密なローマン衛星のデータを使ってユークリッド衛星のデータに補正を加え、ユークリッド衛星のより広い範囲に補正を拡大することができる。

このような補正は、過去にも多く成功しているので、楽しみである。

「NASAジェット推進研究所でユークリッドへのNASA貢献のプロジェクト・サイエンティストを務めるマイク・セイファート(Mike Seiffert, project scientist for the NASA contribution to Euclid at NASA’s Jet Propulsion Laboratory)は、「ユークリッドが最初に調査する空の広い領域は、ローマンがより深く潜るための科学、分析、調査手法に役立つだろう。

「カリフォルニア州パサデナにあるカリフォルニア工科大学/IPACのシニア・リサーチ・サイエンティストで、ユークリッドとローマンの銀河クラスタリング・サイエンス・グループを率いるユン・ワン(Yun Wang, a senior research scientist at Caltech/IPAC in Pasadena, California, who has led galaxy clustering science groups for both Euclid and Roman)は「彼らの観測を組み合わせることで、天文学者は宇宙で実際に何が起こっているのかをよりよく理解できるようになるだろう。」と言う。

https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-roman-and-esas-euclid-will-team-up-to-investigate-dark-energy?utm_source=iContact&utm_medium=email&utm_campaign=nasajpl&utm_content=daily20230627-1
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/
https://roman.gsfc.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasa-s-roman-mission-will-test-competing-cosmic-acceleration-theories
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/warped-space-time-to-help-wfirst-find-exoplanets
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/nasas-roman-mission-could-snap-first-image-of-a-jupiter-like-world
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-s-wfirst-will-help-uncover-universe-s-fate
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/wfirst-will-add-pieces-to-the-dark-matter-puzzle
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-s-roman-space-telescope-to-uncover-echoes-of-the-universe-s-creation/
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-s-roman-mission-to-probe-cosmic-secrets-using-exploding-stars
https://gcc02.safelinks.protection.outlook.com/
https://roman.gsfc.nasa.gov/
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid/
https://roman.gsfc.nasa.gov/


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