天文学者らは最近、ホビー・エバリー望遠鏡ダークエネルギー調査（HETDEX）を使用して、これまでで最も詳細な三次元水素放射線分布図を作成し、約100億年前の宇宙で絡み合った銀河とガスの「隠れた宇宙の網」の概要を初めて明らかにした。このマップは、近くの星からエネルギーを吸収した後に水素原子によって放出されるライマン アルファ線の光を追跡します。その期間は、約 90 億年前から 110 億年前までの宇宙の進化をカバーしています。
ライマンα線は通常、星形成が活発な領域で特に強く、初期の明るい銀河を見つけるための重要な手がかりとして長い間使われてきました。しかし、同じ信号を発する多数の暗い銀河や拡散ガス雲の位置を特定することは困難でした。このマッピング作業を担当するヘターデックスチームのメンバーである、ドイツのマックス・プランク天体物理学研究所のマヤ・ルジャン・ニーマイヤー氏は、初期宇宙の観察は、銀河がどのように進化して現在の姿になったのか、そしてこの過程における銀河間ガスの役割を理解するのに役立つと述べた。しかし、これらのターゲットは非常に遠くにあり、光も弱いため、観測能力に大きな課題をもたらしています。
これらのこれまで「目に見えなかった」発生源を検出するために、研究者らは「スペクトル線強度マッピング」という新しい方法を使用しました。個々の銀河を一つ一つ識別する代わりに、彼らは大規模な宇宙で特定の元素の全体的な放射強度を測定し、それによって無数の暗いターゲットの累積的な輝きを一度に捕らえました。この論文の共著者でテキサス大学オースティン校の天文学者ジュリアン・ムニョス氏は、従来の空の測量は飛行機の夜空で最も明るい街の明かりだけをマークするようなものであるのに対し、強度マッピングは「汚れた窓」から地球を見下ろすようなものだと生き生きと述べた。画像はぼやけていますが、最も明るい部分だけでなく、すべての光源を記録します。
この研究は、このような大規模なデータセットを使用してライマンアルファ線の強度マッピングを高精度で実行した最初の研究です。 HETDEX プロジェクトは、マクドナルド天文台のホビー・エバリー望遠鏡に依存しています。元々は、100 万個以上の明るい銀河の位置を測定することで暗黒エネルギーを研究するために設計されました。その過程で、6億以上のスペクトルという非常に大規模なスペクトルデータが蓄積され、空の2,000個以上の満月の総面積に相当する空の領域をカバーしました。プロジェクトリーダーであり、テキサス大学オースティン校の天文学部長であるカール・ゲブハルト氏は、実際に日々の科学分析に使用されているのはデータの約5％だけで、残りのほとんどは巨大な可能性を秘めたハードドライブに眠っていると指摘した。
ニーマイヤー教授は、HETDEX は空の領域ではほとんど「光を閉じ込める」が、元の科学的対象サンプルに含まれるほど本当に明るい銀河は氷山の一角にすぎず、一見空に見える背景にはさらに多くの光が隠されていると強調しました。膨大な量の独自の観測結果から宇宙の網の構造を「釣り出す」ために、チームは特別なソフトウェアを開発し、テキサス先端コンピューティングセンターのスーパーコンピューターを使用して約0.5ペタバイトのデータを集中処理した。
研究チームは次に、明るい銀河の既存のカタログを「道しるべ」として使用し、より暗い銀河とその周囲の明るいガス雲の考えられる分布位置を推測しました。重力によって物質が引き寄せられるため、明るい銀河は物質が高度に集中している領域を示すことがよくあります。この研究に参加したマックス・プランク天体物理研究所の科学部長、小松栄一郎氏は、これらの既知の銀河は杭とみなすことができ、微光源の距離と分布を推定するために使用できると述べた。結果として得られた地図は、明るい銀河の周囲の詳細をより鮮明に示すだけでなく、銀河間のもともと「空白」の領域にある豊かで複雑な構造も初めて明らかにします。
天文学界はこれまで、この期間の宇宙の進化について多数のコンピューターシミュレーションを実施してきましたが、結局のところ、それらは理論上の演繹にすぎませんでした。今回得られた測定された宇宙ネットワークは、関連する天体物理プロセスをテストするための確かなベンチマークを提供します。研究者らは次に、この水素ライマンアルファ強度マップを他の元素の調査結果と相互参照することを計画している。たとえば、星誕生領域を囲む冷たくて濃いガスは、一酸化炭素放射によって明らかにされることがよくあります。対応する強度マップにより、ライマン アルファ線を生成する若い星の環境についての詳細が明らかになることが期待されています。
ムニョス氏は、この研究はまず第一に「最初の検出」であり、それ自体が非常に重要であると述べた。また、強度マッピング手法を使用して宇宙の概要を系統的に説明する新しい方法も開かれます。彼は、ホビー・エバリー望遠鏡がこの分野で先駆的な役割を果たしていると信じています。さまざまな補完的な新しい機器が次々と使用されるようになり、人類は宇宙の大規模構造をマッピングするための「黄金時代」を迎えるかもしれません。