2dF銀河赤方偏移サーベイ

2dF銀河赤方偏移サーベイ（略称: 2dFGRSまたは2dF）は、数多くの銀河から放たれる光のスペクトルを観測し、そこに含まれる赤方偏移を精密に測定することを目的として、1997年から2002年にかけて実施された大規模な掃天観測プロジェクトです。この計画は、オーストラリアにあるアングロ・オーストラリアン天文台の口径3.9メートルのアングロ・オーストラリアン望遠鏡を用いて行われました。当時実施されていた赤方偏移サーベイの中では、スローン・デジタル・スカイサーベイに次ぐ世界で2番目の規模を誇り、宇宙の構造や宇宙論的なパラメータの解明に大きく寄与しました。本プロジェクトの推進には、マシュー・コレス、スティーブ・マドックス、ジョン・ピーコックといった研究者たちが中心的な役割を果たしました。

観測の方法と範囲

サーベイの名称にある「2dF」は、使用された観測装置が一度に約2平方度（2 degree field）という広い天球上の領域を観測できたことに由来します。観測は、天球上の南北両銀極方向を中心に、合計で約1500平方度という広大な範囲を対象に行われました。特に、この観測領域は、それ以前に実施されていたAPM銀河サーベイの観測範囲を多く含んでいました。具体的には、両銀極方向で赤経約75度の範囲、北銀極で赤緯7.5度、南銀極で赤緯15度の範囲がカバーされたほか、南銀極の周囲に追加の領域も観測されました。観測は5年間にわたり、合計272夜が費やされました。

このサーベイでは、総計382,323個の天体の明るさ（測光データ）が記録され、その中から245,591個の天体について詳細な分光観測が行われ、赤方偏移が測定されました。分光観測の対象となった天体は多岐にわたり、大半を銀河（232,155個）が占め、その他に銀河系内の恒星（12,311個）や遠方のクェーサー（125個）が含まれていました。

観測には、アングロ・オーストラリアン望遠鏡の主焦点に特設された専用のカメラシステムが用いられました。このシステムには、200本の光ファイバーを備えた分光器が二つ搭載されており、これにより同時に最大400個の天体のスペクトルを取得することが可能でした。観測可能な天体の明るさの限界は19.5等級であり、赤方偏移が約0.3以下の比較的近い宇宙にある銀河の大部分を捉えることができました。本サーベイによって観測された宇宙の体積は広大で、約10⁸ h⁻¹ 立方メガパーセクに及び、最も遠い天体までの距離は約600 h⁻¹ メガパーセクに相当しました。

主要な科学的成果

2dFGRSによって収集されたデータは、宇宙論研究に計り知れない貢献をもたらしました。主な科学的成果は以下の通りです。

宇宙を構成する物質密度の測定: 宇宙に存在する非相対論的な物質（通常の物質、暗黒物質、ニュートリノなど）の全体密度パラメータを高い精度で決定しました。
バリオン音響振動の検出: 銀河の三次元分布の中に、初期宇宙の物理過程によって生じたバリオン音響振動と呼ばれる特徴的なスケールを初めて明確に検出し、これにより通常の物質と暗黒物質の相対的な密度に関する重要な制約が得られました。
* ニュートリノ質量の制限: 宇宙論的な観測データを用いて、軽い素粒子であるニュートリノの合計質量に上限を設けました。特に、3種類のニュートリノの合計質量が1.8電子ボルトを下回るという厳しい制限を与えました。

これらの宇宙論的知見は、宇宙背景放射の異方性を観測したWMAP衛星による結果など、他の独立した観測データと非常によく一致しました。この整合性は、現在最も広く受け入れられている宇宙モデルであるΛ-CDMモデル（暗黒エネルギーと暗黒物質が宇宙の大部分を占めるモデル）の妥当性を強く支持する証拠となりました。

さらに、2dFGRSは、比較的銀河系に近い領域の宇宙の大規模構造を詳細に描き出すことにも成功しました。得られたデータから作成された銀河の三次元的な分布図、いわゆる「宇宙地図」は、銀河が壁やフィラメント状に連なり、その間に巨大な空洞が存在するという、宇宙の泡状構造を鮮明に示しました。この地図からは、当時知られていた宇宙で最も大きな構造の一つであるスローン・グレートウォールのような超銀河団を含む構造も確認されました。

2dFGRSの観測データは、2003年6月30日に一般公開され、現在も世界中の天文学者や宇宙論研究者によって、様々な研究に活用されています。

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