ダークエネルギー分光装置（ダークエネルギーぶんこうそうち、）は遠方の銀河の分光サーベイを行うために開発された観測装置である。 その主要構成要素は、望遠鏡の焦点面となる部分に配置された5000本の光ファイバーとその位置を配置するロボット群、そしてそれぞれのファイバーからの光を分光する分光器群からなる。この装置によって宇宙の加速膨張や暗黒エネルギーに関する謎の多い物理学について研究することができる。 DESIはアメリカ・アリゾナ州のツーソンから89km離れたソノラ砂漠の標高2100m付近にあるキットピーク国立天文台にあるメイヨール望遠鏡に取り付けられており、この装置を用いたDESIサーベイは2021年5月に開始された。
2025年3月、DESIチームは主要サーベイの最初の13か月の観測で取得された約1870万個の天体のスペクトルや赤方偏移を含む、第1期データリリース（DR1）を公開し、公開時点で観測史上最大の分光赤方偏移のデータセットとなった。
同年にはデータリリースとして公開されていない観測も含む、DESIの最初の3年分のデータから解析した宇宙論についての論文を発表し、暗黒エネルギーが宇宙定数として一定値でふるまうのではなくの経過とともに進化していくものであるという強い証拠を得たと報告された。
2026年4月にはDESIは当初予定されていた5年間の主要サーベイを完了し、当初の設計目標を上回る約4700万個の銀河やクエーサーのスペクトルを取得できたと発表された。
この装置はアメリカ合衆国エネルギー省の資金提供を受けてローレンス・バークレー国立研究所が運用している。装置の製作は同科学局の他、アメリカ国立科学財団、イギリスの、フランスの原子力・代替エネルギー庁、、スペインの、ゴードン・アンド・ベティ・ムーア財団、ハイジング・サイモンズ財団など世界中の協力機関からの多数の資金提供により行われた。
科学目標
宇宙の膨張の歴史と宇宙の大規模構造は現代宇宙論における宇宙論モデルにおいて鍵となる予測であり、DESIの観測によって科学者が宇宙論を、暗黒エネルギーやの検証、ニュートリノの質量、原始宇宙といった様々な側面から研究できるようになる。DESIで集められたデータから宇宙の物質分布の三次元地図を、これまでにない規模でかつ詳細に構築することができる。これにより暗黒エネルギーの性質を調べ、宇宙の加速膨張が一般相対性理論に宇宙規模の修正を加えることによるものかどうかを検証できる。DESIは物理法則の理解における最大の謎の1つである、初期宇宙の膨張率と暗黒エネルギーの理解に革新的な貢献をすると期待される。
DESIは銀河、クエーサー、および銀河間物質の集団に刻まれた（BAO）を用いて宇宙の膨張の歴史を測定する。 BAOの手法は物質と銀河の集団から宇宙論的距離を抽出する、非常に堅牢な手法である。BAOは宇宙の大規模構造にのみ依存するため、科学者はBAOの兆候の音響ピークをデータ中のほとんどの系統誤差による不確定性から分離する。BAOは2006年に発表された暗黒エネルギータスクフォースのレポートで、暗黒エネルギーの研究のカギとなる方法の１つとして挙げられている。2014年5月に、アメリカエネルギー科学省とアメリカ国立科学財団により委託された連邦諮問委員会である高エネルギー物理学諮問委員会はDESI計画を支持する最終報告書をまとめた。
宇宙の3次元地図
BAOの手法では、宇宙論的遠方にある天体の大規模統計サンプルにおける角度と赤方偏移から作成した、遠方銀河とクエーサーの3次元地図が必要となる。遠方銀河のスペクトルを取得することで、分光的に正確な赤方偏移を測定し、その銀河までの距離を精測できるので、天体の天球上の二次元位置に加え距離による奥行きの情報と合わせて、宇宙の3次元地図を構築できる。 宇宙の大規模構造の3次元地図にはBAOだけでなく暗黒エネルギーについての情報も含んでおり、これはニュートリノの質量や原始宇宙で支配的だったパラメータにも深くかかわる。2021年5月15日から始まった5年間の主要サーベイでは、およそ4000万個の銀河やクエーサーを観測することが目標とされた。
沿革
DESIは2012年12月にローレンス・バークレー国立研究所を管理研究所として指定し、プロジェクトの研究開発の開始が許可された。 この研究所の上級研究員、マイケル・レビーがDESIのプロジェクトディレクターに任命され、2012年から開発製作の全体を通して指揮を執った。ヘンリー・ヒートダークスは2013年から2016年の間、ロバート・ベスナーはその後2016年から2020年までプロジェクトマネージャーを務めた。米議会の予算承認は2015年に得られ、米国エネルギー省科学局は2016年6月に実際の製作開始を承認した。新しい光学系のファーストライトは2019年4月1日に実施され、装置全体でのファーストライトは同年10月22日に迎えた。ファーストライト後の試験運用は2020年3月に完了するも、その後COVID-19のパンデミックにより運用開始はしばらく見送られた。その後2021年5月14日に、5年間の主要サーベイの運用を開始した。 DESIは2022年に発生したコントレラス火災で損傷を受けることなく、運用が続けられた。
開発 DESI装置はメイヨール望遠鏡に新しく導入される、多天体光学分光装置である。 新しい光学補正レンズは、空の8平方度もの広い視野を確保できるように設計されており、焦点面機器と合わせて重量は10トンにも達する。焦点面には10.4mmの間隔で、5000本の光ファイバーケーブルが位置合わせロボットとともに取り付けられている。望遠鏡が次の観測領域に移る2分未満の間に、このそれぞれのロボットが各光ファイバーを次の画角における5000個の対象天体の位置に配置しなおす。その結果、DESI装置では一度の観測で同時に5000天体のスペクトルを波長360 nm から 980 nmにかけて取得できる。DESIプロジェクトは、望遠鏡の新しい補正光学系とその支持構造、焦点面の5000本の位置合わせロボット、10個のガイド・ピント合わせ・較正用センサー、焦点面から望遠鏡外の分光器に光を伝送する各47.5m・総延長200kmを超える光ファイバー、10台の3アーム分光器、そして制御システム装置とデータ解析パイプラインの製作、設置、試験運用が含まれた。
装置開発はローレンス・バークレー国立研究所の指揮下で、北・中南米やヨーロッパ諸国、日本をはじめ600人規模の国際的な科学コラボレーションで行われた。開発費用は米国エネルギー省科学局から5600万ドルが、その他の機関から現物支給も含め1900万ドル相当が提供された。現在DESIプロジェクトのディレクターはマイケル・レビーが務めており、コラボレーションの共同スポークスマンにはアレクシー・レオソーとウィル・パーシバルが務めている。 その他装置などの主導は、ジュリアン・ガイ、パトリック・ジェリンスキー、クラウス・ホンシャイト、、、、カイル・ドーソン、らが名を連ねている。
米国エネルギー省は2012年9月18日にミッションニーズ段階（CD-0）を承認し、2015年3月19日に代替案とコスト範囲選択段階（CD-1）、同年9月17日にパフォーマンスベースライン（CD-2）を承認した。DESIを主要機器として開発を始める承認はアメリカ議会で2015会計年度エネルギー・水資源歳出法により提出され通過した。製作開始フェーズ（CD-3）には2016年6月22日に入り、2019年までに大部分が組みあがり、2020年3月21日にCOVID-19のパンデミック直前に試験運用の完了が間に合ったため、開発プロジェクトの終了（CD-4）となった。 DESIは当初予算を190万ドル下回り、スケジュールも17か月早く完成したことで、2020年のエネルギー省の優秀プロジェクト管理賞を受賞した。パンデミックによる中断とリモート運用への移行のあと、2020年12月からサーベイ運用直前の最終検証運用を再開した。そして2021年5月14日から5年間の主要サーベイを開始した。DESIは2022年夏にキットピークを取り囲んだコントレラス火災の影響で3か月停止したが、損傷を受けることなくその後も観測を正常に続けている。
DESIレガシー撮像サーベイ DESIサーベイで分光する対象天体を探すため、DESIのサーベイに先立って3台の望遠鏡が北天全体と南天の一部をg,r,zバンドで撮像サーベイを行った。北京・アリゾナスカイサーベイ（BASS）ではボーク望遠鏡を、ダークエネルギーカメラレガシーサーベイ（DECaLS）ではビクター・M・ブランコ望遠鏡を、メイヨールzバンドレガシーサーベイ（MzLS）ではメイヨール望遠鏡が使用された。これらのサーベイの調査空域は14000平方度に及び、天の川を避けた全天の1/3に相当する。3つのサーベイはDESIレガシー撮像サーベイ（または単に「レガシーサーベイ」）という名前で統合された。サーベイで得られたカラー画像は、まるでグーグルマップのようにレガシーサーベイスカイブラウザと呼ばれるウェブサイトで誰でも閲覧できるよう公開されている。2026年8月に公開された第11回目のデータリリースでは、110億光年先までの天体約40億個が含まれている。
拡張サーベイと将来の観測
2026年4月までにDESIは当初予定されていた5年間の主要サーベイプログラムを完了し、全天の3分の1の領域を占める空域で宇宙の3次元地図を構築できた。 14000平方度に及んだ主要サーベイでの観測領域を17000平方度まで拡張すべく、さらに2年半の拡張サーベイが開始されており、2027年半ばまでのデータが第4期データリリース分として、2028年末までの拡張分を含めたすべてのデータが第5期データリリースとして、宇宙論解析論文がそれぞれ公開された後にスペクトルデータセットが公開される予定である。
さらに2029年頃以降は、装置をアップデートしたDESI-IIの観測を6年間行うことが計画されており、DESI-Iの10倍の密度での観測、1観測当たりの時間数の4倍の延長などを通じて、DESIで測定された赤方偏移2以内の銀河のBAOから、赤方偏移4.5までの銀河のBAOまで拡張することが見込まれている。
その後2035年前後に、メイヨール望遠鏡及び同型のブランコ望遠鏡を口径6mの主鏡に置き換え、各々で12800本以上のファイバーを有する多天体分光器を取り付け、2036年頃から観測を行うSpec-S5プロジェクトが計画されている。Spec-5では2億天体以上のスペクトルが取得されると見込まれている。 これらは2040年代に計画されている、口径12m望遠鏡と2万本のファイバーを用いた多天体分光器による広視野分光望遠鏡（Wide-field Spectroscopic Telescope:WST）の先駆けとなる。
データの公開
赤方偏移カタログ、追加データのカタログ、ドキュメントを含む全ての公開データはDESIのデータポータルにアクセスすることで利用可能である。国立エネルギー研究科学計算センター (NERSC)のアカウントを持つ個人はDESIデータの全公開部分にアクセスできる。DESIカタログはデータベースの形式でも提供されており、利便性のためにデータベースのコピーがNSF国立光赤外線天文学研究所（NOIRLab）のアストロデータラボ科学プラットフォーム、およびSPectral Analysis Retrievable Catalog Lab (SPARCL)にホストされている。 DESIのスペクトルデータにオンラインでアクセスする簡単な方法が、DESIレガシー撮像サーベイのビュアーを使用することで、ユーザーはDESIスペクトルボックスにチェックを入れてビュアーを動作させるとスペクトルデータのある天体が画像中でマークされ、そのマークをクリックするだけでスペクトルが表示される。その他、DESIスペクトルビュアーでもスペクトルデータを取得できる。
早期データリリース
2023年6月13日のDESIから早期データリリース（EDR）の公開がアナウンスされた。EDRには近傍の200万個の銀河やクエーサー、恒星のスペクトルが含まれている。EDR収録データを用いた成果の1つはそれに先立って2023年2月に発表され、アンドロメダ銀河へ恒星が流出する様子について発見された。また、EDRでは非常に遠方の銀河や金属量のきわめて少ない恒星についても明らかにされている。 2025年に率いるアリゾナ大学とユタ大学のチームがアストロフィジカルジャーナルから、EDRから300個の中間質量ブラックホールと2500個の活動ブラックホールを含む、最多のブラックホールを有する矮小銀河を発見したという論文を出版している。
その後のデータリリース 2025年3月19日に公開された第1期データ（DR1）ではDESIサーベイの最初の13か月の観測で得られた、400万個の恒星、1310万個の銀河、160万個のクエーサーを含む1870万天体のスペクトルと赤方偏移の測定結果が公開された。初回の公開にもかかわらず、すでに公開時点で最大の分光赤方偏移カタログとなっていた。
後述の3年分の解析に使用された、サーベイ開始から3年分のデータが今後第2期データリリースとして公開される予定である。 観測成果
DESIは2024年4月に、のちにDR1として公開される分に相当するDESIサーベイの最初の13か月のデータを使用した宇宙論的解析の論文を公表し、バリオン音響振動のそれまでで最も精密な測定結果を報告し、暗黒エネルギーが一定の定数として振る舞うのではなく宇宙の時間とともに進化していく可能性が高いことを示した。
2025年3月に発表された、さらにサーベイ開始から3年分の観測データを用いて解析された論文では上記の結果が強化された。 さらにDESIの観測だけでは、その解析結果はΛ-CDMモデルと一致していたが、宇宙マイクロ波背景放射や超新星、の測定結果と組み合わせると、暗黒エネルギーの影響は年月の経過とともにだんだん弱まっている可能性が指摘された。 まだこの発見の統計的優位性は採用する宇宙論モデルやデータセットの組み合わせによって3.2から3.4シグマで、宇宙論分野において発見の主張として認められる5シグマを下回っている。そして物理的原因として可能性のあるものも特定されていない。
2027年頃をめどに、5年間の全データ（第3期データリリース相当）の観測を用いた宇宙論解析結果が発表される予定である。
関連項目 ダークエネルギーサーベイ
脚注 出典
外部リンク
DESIの公式ウェブサイト Astronomers Astronomers complete largest 3D map of the universe ever made - 進捗レポート レガシーサーベイ レガシーサーベイスカイブラウザ 科学設計の最終レポート 装置設計の最終レポート DESIのデータ公開 主要出版物 コラボレーションのオムニバス