ヴェラ・C・ルビン天文台は、広大な視野を持つ強力なカメラを使用し、深度と速度と組み合わせることで極めて微かな物体を検出し、これまでにない宇宙の画像を生成したことで、2025年ギズモード・サイエンス・フェアの受賞者となりました。
質問
天文台は、10 年間にわたって継続的に夜空の包括的な調査を実施し、暗黒物質、暗黒エネルギー、超新星、地球近傍小惑星に関するこれまで不可能だった発見を可能にすることができるでしょうか?
結果
ルビン天文台は、約20年かけて構築した3,200メガピクセルのカメラで撮影した最初の画像を6月23日に一般に公開しましたが、期待を裏切らない内容でした。
「こんなに早く、こんなにうまくいったことに少し驚きました」と、ルービンのオペレーションディレクター、ボブ・ブラム氏はギズモードに語った。「何が起こるか分かっていて、チームもきっとうまくいくと確信していて、約束したことは必ずやってくれると確信していましたが、実際にそれが実現するのを見るのは、ただただ驚きです。」
チリのアンデス山脈の山頂に設置されたこの望遠鏡は、天文学用としては史上最大のデジタルカメラと、直径8.4メートル（28フィート）の超高感度主鏡を備えています。まだ本格的な運用には至っていませんが、ルービン宇宙望遠鏡は車ほどの大きさのカメラを用いて10時間にわたる試験観測を行いました。この観測で、天の川銀河に散らばる数百万もの銀河や恒星に加え、これまで観測されたことのない2,104個の小惑星も捉えました。
ルビン氏が初めて公開した合成画像「宇宙の宝箱」は、1,185枚の露出画像から構成されています。この画像で最も注目すべき点は、天体間の暗い隙間が通常見られるのに対し、観測所の超高感度のおかげで、視野全体が細部まで鮮明に映し出されていることです。
LSSTカメラプログラムリーダーのアーロン・ルードマン氏は、とにかくうまくいったことを嬉しく思っていました。「見た目が素晴らしいかどうかは気にしませんでした。すべてがうまくいったという事実だけで十分でした」とルードマン氏はGizmodoに語りました。
「重要なのは、全天の画像を取得することです」とルードマン氏は付け加えた。「できるだけ速く、できるだけ光に敏感に反応しながら、それを実現したいのです。それが設計の大きな原動力となりました…重要な要素の一つは、すべての画像が空の広い範囲をカバーすることでした。」
史上最大の凸面鏡を含む独自の3面鏡設計を備えたルビン望遠鏡は、自動スケジュールで宇宙を観測します。30秒の露出時間ごとに、満月の約45倍の面積をカバーします。その後、LSSTカメラが広視野画像を撮影し、それらをつなぎ合わせて3夜ごとに南天の完全な画像を作成します。
ルービン観測所のチームは昨年秋、天文台のドームを開放し、データ収集を開始しました。「このシステムで初めて収集された光子は、実は非常に焦点に近かったんです」とブラム氏は言います。「初めて空に向け、写真を撮った瞬間、ほぼ焦点が合っていました。そして3枚目の撮影で、きれいに焦点の合った画像が撮れました。」
観測所は10月まで試運転段階を継続し、その後正式に本格運用を開始します。その後、ルビンは今後10年間、毎晩宇宙を観測し、可視光線の空のあらゆる部分を約800枚の深露出画像で撮影する予定です。
実現するには、今後数週間で多くのことがうまくいく必要がある。「世界に素晴らしい映像を見せることと、それを毎晩確実に再現できることの間には大きな違いがある」とブラム氏は語った。
ルビンは10年分の観測データを集約し、周囲の宇宙の高解像度の超広角タイムラプス映像を作成する予定だ。
なぜ彼らはそれをしたのか
この天文台は、1990年代にナプキンに描かれたスケッチから構想が生まれました。「20年前は良いアイデアでした」と、ルービン建設の責任者であるジェリコ・イヴェジッチ氏はギズモードに語りました。「史上最高の天文観測装置を建設できるという見通しに興奮した数十人の人々から始まったのです。」
当時、研究者たちは暗黒物質とそのより広範な宇宙論モデルにおける位置づけについて理解を深める上で大きな進歩を遂げていました。ルービン望遠鏡は当初「暗黒物質望遠鏡」として知られ、研究者たちは多数の銀河を大規模に観測することで、宇宙を一つにまとめている目に見えない接着剤についてより深く理解しようとしていました。
「1990年代初頭、多くの銀河の観測が可能になり、統計的な意味で、暗黒物質が空で観測される銀河の形にどのような影響を与えるかを理解できるようになった」とブラム氏は語った。
この望遠鏡は、米国立科学財団（NSF）とエネルギー省（DOE）が監督しており、今後10年間の天文学と天体物理学の優先事項を明らかにするために10年ごとに発表される報告書である2010年の10年調査で優先課題に挙げられた。
2015年、チリで大型シノプティック・サーベイ望遠鏡の建設が開始されました。この望遠鏡の名称は後に、1970年代に暗黒物質の存在を示す重要な研究を行った天文学者ベラ・ルビンに敬意を表して変更されました。
この望遠鏡の構想は後に発展し、天の川銀河の変光星、太陽系の天体、超新星など、明るさが変化する天体（トランジェント天体）の探査に加え、銀河系の進化全体を観測することも含まれるようになりました。ルービン望遠鏡はまた、非常に暗い天体の検出と、地球近傍小惑星の90%のカタログ化も目指していました。
「ルービンは広い視野と長時間にわたる撮影能力を備えており、宇宙の様々な領域を探索することで、これまで見たことのない珍しいもの、あるいは様々なものを探すことができるようになると、私たちの多くが期待しています」とブラム氏は説明した。「そこに新しい何かが見つかるという希望、いや、もしかしたら期待さえあります。」
彼らが勝者である理由
天文学者がルビン天文台の構想を初めて思いついたのは数十年前だが、この天文台は今でも、宇宙の比類ない眺めを提供することが期待される画期的な天文台である。
「20年間もトップの座を維持できるのはなぜでしょうか？」とイヴェジッチ氏は語った。「システムを設計した時点で、コンピューター技術とデータ処理能力が急速に発展することを既に想定していました。私たちが今もなお最先端であり続けているのは、システム全体、特にソフトウェアが、コンピューターの進歩に合わせてアップデートできるよう設計されているからです。」
ルビン観測所の独自の機能の組み合わせは、世界中の科学者に膨大なデータを提供します。この観測所には、毎晩空の位置を決定し、科学者に重要な天体を自動的に警告するコンピュータアルゴリズムが搭載されています。科学者は、超新星や小惑星など、観測対象を選択し、警告を発する条件を設定できます。
「もし何か新しいものを発見したとしても、毎晩最大1000万もの新しいものを発見するでしょうが、私たちはそれらを追いかけるつもりはありません。なぜなら、私たちは個々のものを追いかけるようには設計されていないからです」とイヴェジッチ氏は述べた。「私たちはただ地道で退屈な作業をするだけですが、分光法など、異なる種類のデータを処理できる特殊な望遠鏡を持つ他の人々が、その流れをフィルタリングしてくれるのです。」
ルービン サイエンス プラットフォームは、科学者が望遠鏡によって収集されたデータにアクセスして分析し、何千もの新たな発見の機会を生み出すオンライン サービスです。
「観測所の建物内ではなく、観測所の外で多くの興奮が巻き起こるでしょう」とイヴェジッチ氏は付け加えた。「世界中で人々がこれらの新たな突発現象や天体を追いかけ、追加データや追加分析を得るでしょう。そして、文字通り何千人もの科学者が私たちのデータベースに接続することになるでしょう。」
次は何？
ルビンは4月から試運転段階に入っている。これには、カメラと望遠鏡の稼働、画像の撮影、分析、そして性能向上のためのシステムの微調整が含まれる。
「これは他に類を見ない科学機器です」とルードマン氏は語った。「スイッチを入れるだけですべてが完璧に機能するわけではありません。そんな風にはいかないんです。あまりにも複雑なんです。」
現在、南半球は冬ですが、天候が必ずしも順調とは言えません。
「25年間の開発期間を経て、スカイで試運転を完了させようと数ヶ月を費やしています」とブラム氏は述べた。「スケジュールに様々な不測の事態が起こり、この冬の時期にこのような状況に陥ったのです。また、吹雪やその他の問題も発生し、困難な状況となっています。」
試運転段階は少なくとも10月まで続き、チームは運用開始前にいくつかの課題をクリアしようとしています。ルビン望遠鏡は、システムが一連の要件を満たした時点で本格的な運用に入ります。
「事前にできる限りのテストをしてきたので、とりあえずは動作するところまではできたが、実際に最高の状態で動作させるには時間がかかる」とルードマン氏は語った。
ルービン天文台が本格的な運用に入ると、天文台での状況はかなり退屈なものになるだろうとイヴェジッチ氏は予想している。
「日が沈んで暗くなったら、『ゴー！』と声をかけます。すべてが順調に進んでいれば、朝まで何もすることはありません」と彼は言った。「平均すると、天文台で夜を過ごすのはせいぜい2人くらいで、彼らの仕事は比較的退屈です。彼らはそこに座って、すべてが順調に進んでいるかを確認しながら、本を読んだり、TikTokの動画を見たりしているでしょう。」
チーム
チームメンバーには、プロジェクト科学者のトニー・タイソン氏、LSSTプロジェクトディレクターのスティーブ・カーン氏、LSSTプロジェクトマネージャーのヴィクター・クラッベンダム氏、運用ディレクターのボブ・ブラム氏、プロジェクト科学者兼建設ディレクターのジェリコ・イヴェジッチ氏、建設副ディレクター兼ルビン山頂運用部門ルビン天文台副ディレクターのサンドリン・トーマス氏、建設副ディレクター兼LSSTプログラムリーダーのアーロン・ルードマン氏、運用副ディレクターのフィル・マーシャル氏など、数多くのメンバーが参加しました。
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