[論文レビュー] The CODEX-ESPRESSO experiment: Cosmic dynamics, fundamental physics, planets and much more...

S. Cristiani, G. Ávila+37 more|arXiv (Cornell University)|Sep 1, 2007

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 1

ひとこと要約

CODEX-ESPRESSO実験は、極大望遠鏡（E-ELT）に高分解能・超高安定性スペクトログラフを設置し、宇宙の膨張率の時間的変化を直接測定することを提案している。これにより、宇宙論、素粒子物理学、および系外惑星探査分野に画期的な進展が期待される。この実験の予備段階として、VLT向けにESPRESSOという先行機器が開発中であり、主要な技術的要素と観測戦略の妥当性を検証する。

ABSTRACT

Summary. — CODEX, a high resolution, super-stable spectrograph to be fed by the E-ELT, the most powerful telescope ever conceived, will for the first time provide the possibility of directly measuring the change of the expansion rate of the Universe with time and much more, from the variability of fundamental constants to the search for other earths. A study for the implementation at the VLT of a precursor of CODEX, dubbed ESPRESSO, is presently carried out by a collaboration including ESO, IAC, INAF, IoA Cambridge and Observatoire de Genève. The present talk is focused on the cosmological aspects of the experiment.

研究の動機と目的

• ハッブル定数の時間的変化を直接測定し、宇宙の加速膨張を直接的に検証すること。
• 宇宙の時間経過に伴う基本物理定数の変動の有無を調査すること。
• 超高精度な径速度測定を用いて、地球に似た系外惑星を探索すること。
• VLTにおけるESPRESSOの先行機器を活用し、機器技術および観測手法の開発と検証を進める。
• 遠方のクェーサーや恒星の高精度スペクトル測定を用いて、宇宙論的制約を強化すること。

提案手法

• 高スループット・高分解能スペクトロスコピーのための主集光機器として、極大望遠鏡（E-ELT）を活用する。
• 機器のずれを最小限に抑える超高安定スペクトログラフ設計を採用し、1秒あたり1メートル未満の径速度精度を達成する。
• レーザー周波数コンブを用いて絶対波長校正と長期的安定性を実現する。
• 高赤方偏移クェーサーを観測し、赤方偏移の時間的変化を測定し、宇宙膨張の歴史を解明する。
• 太陽型の恒星の径速度モニタリングを実施し、低質量で地球に似た系外惑星を検出する。
• VLTに設置されたESPRESSOのデータを統合し、観測手順および校正技術の検証と最適化を図る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高精度スペクトロスコピーを用いて、ハッブル定数の時間的変化を直接測定可能か？
• RQ2 微細構造定数などの基本定数が宇宙の時間経過に伴い変化する可能性はあるか？
• RQ3 地球型惑星がハビタブルゾーンに存在する場合、その検出に必要な径速度安定性はどの程度か？
• RQ4 長時間にわたる観測スケールで、機器の安定性と校正をどのように維持できるか？
• RQ5 VLTに設置されたESPRESSOの先行機器が、CODEXの科学的・技術的実現可能性をどの程度まで検証できるか？

主な発見

• CODEXにより、ハッブル定数の時間微分が初めて直接測定可能となり、宇宙の加速膨張を新たな方法で探査できるようになる。
• 超高安定設計とレーザー周波数コンブによる校正により、1秒あたり1メートル未満の径速度精度が達成される。
• ESPRESSOは、本格的なCODEXシステムに向けた校正および安定性技術の妥当性を検証する予定である。
• 高赤方偏移クェーサーの吸収線を用いて、微細構造定数の変動を高感度で検出可能となる。
• 地球質量の系外惑星の検出感度が著しく向上する。
• E-ELTとCODEXの連携により、宇宙論、素粒子物理学、および惑星科学の分野に新たな展開がもたらされる。