300万本のスペクトルを無料公開、老舗天文調査SDSSが空をひと回りした

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スローン・デジタル・スカイサーベイ（SDSS）が、20回目のデータ公開「DR20」を出しました。星と銀河のスペクトル300万本以上、ブラックホールから星雲のガスまでを収めたカタログ18種、それを眺めるためのブラウザ用ツールまで、ひとまとめで無料公開です。公開日は2026年7月30日。運営はスローン財団などが支える国際共同研究で、70を超える大学・研究機関が参加しています。

SDSSは2000年に観測を始めてから、四半世紀にわたって「宇宙の目録」を作り続けてきた老舗です。今回のDR20は、その目録の作り方が根本から変わった回でもあります。どこが変わったのかを、順番に見ていきます。

20回目のデータ公開

DR20は、SDSSの第5期（SDSS-V）としては3回目の公開になります。中身は大きく三つの調査に分かれていて、天の川の星を調べる「ミルキーウェイ・マッパー」、遠くの銀河の中心にあるブラックホールを追う「ブラックホール・マッパー」、そして近くの星雲や銀河のガスを面で分光する「ローカル・ボリューム・マッパー」です。星のスペクトルは150万個の星について300万本以上、ブラックホール側はおよそ50万天体について110万本のスペクトルが入っています。

SDSSのデータ公開は積み上げ式で、DR20には2025年2月2日までに取った新しい観測に加え、これまでの全期間のスペクトルがすべて含まれます。データそのものはサイエンス・アーカイブ・サーバーに置かれ、ブラウザ上で動くPythonのチュートリアルも用意されています。研究者向けの論文（データ公開論文）はアストロフィジカル・ジャーナル・サプリメント誌に投稿中で、arXivでプレプリントが読めます。

分光サーベイという方法

SDSSがやっているのは「分光」です。望遠鏡で集めた星や銀河の光を、プリズムのように波長ごとに細かく分けて、どの波長がどれだけ強いかを記録する。こうして得られる虹のような帯が「スペクトル」です。スペクトルには、光を出している天体の温度、どんな元素がどれだけ含まれているか、こちらに近づいているか遠ざかっているか、といった情報が刻まれています。遠い銀河なら、スペクトル全体が赤い側にずれる量（赤方偏移）から距離まで読み取れます。

写真を撮る調査と対照的なところです。たとえばこの夏に公開された、DESIレガシー・イメージング・サーベイの巨大な2次元地図は、5.6兆画素に約40億の天体を写した「宇宙の写真」でした。写真は一度に広い範囲を写せて、どこに何があるかを教えてくれます。ただし写真だけでは、その天体が何でできていて、どれくらい遠いかは分かりません。そこを一つずつ確かめるのが分光で、SDSSはこの役を四半世紀担ってきました。DESIの3次元地図も、写真で目印をつけてから分光で距離を測る、という同じ二段構えで作られています。

上の図のように、星の光を波長で広げると、ところどころに暗い線が入ります。これは星の大気にある元素が特定の波長の光を吸い込んだ跡で、線の位置と濃さが元素の種類と量を教えてくれます。SDSSはこれを、何百万個という星について集めてきました。

北半球だけという制約

ただ、SDSSには長いあいだ弱点がありました。観測に使っていたのが、米ニューメキシコ州アパッチポイント天文台にある口径2.5メートルのスローン財団望遠鏡、1台だけだったことです。地球の北側にある望遠鏡からは、南の空の低いところは地平線の下に隠れて見えません。南半球の空、たとえば天の川の中心方向や、天の川に寄り添う大マゼラン雲・小マゼラン雲のあたりは、SDSSの目録には薄いか、まったく載っていませんでした。

天の川全体の形や、天の川を取り巻くまばらな星の広がり（ハロー）を調べようとすると、これは困ります。半分だけ見た地図で「全体はこうなっている」と言うのは、どうしても推測が混じるからです。SDSSが天の川の星を扇形に切り取ったような地図を出してきたのは、望遠鏡が1か所にあったことの裏返しでした。

チリからの初めてのスペクトルと全天化

DR20の最大の変化はここです。チリのラスカンパナス天文台にある口径2.5メートルのデュポン望遠鏡に、アパッチポイントと同じ設計の分光器が据え付けられ、その南半球からの光学スペクトルが今回初めて公開されました。北と南に、双子の目ができたわけです。

上の図のように、北の望遠鏡がカバーする空と南の望遠鏡がカバーする空を合わせると、はじめて空全体がつながります。SDSSはこれを「全天のパノプティック分光」と呼んでいます。2000年に北の半分から始めた目録が、20回目の公開でようやく空をひと回りしました。

この全天化は、たんに「見える範囲が広がった」だけではすみません。全天で見てはじめて分かることが、実際に出てきています。

全天化で見えた南北の非対称

その一例がハローの星です。DR20には、天の川のハローにある25万個の星のスペクトルが入っています。6万5000光年より遠くにある巨星の全天調査、太陽から3000光年以内を高速で動く星、鉄の量が太陽の1%以下という原始的な星の探索、この三つを合わせたものです。ハローの星は天の川ができたころの化石のような存在で、その動きや化学組成には、天の川が小さな銀河を取り込んできた歴史が残っています。

ハーバード大学の大学院生ヴェダント・チャンドラ氏らは、このデータから60キロパーセク（約20万光年）より遠い星だけを取り出し、天の川の中心に対する速度を空全体に描きました。すると、北の空と南の空で星の動き方に偏りがあることが見えました。天の川最大の衛星銀河である大マゼラン雲の重力に引かれて、天の川全体がわずかに揺すられている、その痕跡だと研究チームは解釈しています。半分の空しか見ていなければ、この南北の差は原理的に見つけようがありませんでした。

白色矮星でも同じことが起きています。DR20では白色矮星のスペクトルが4万9000本追加され、SDSSがこれまでに公開した数を2倍以上にしました。その8割以上はSDSSにとって初めて観測した星で、4割以上が南の空にあります。白色矮星は太陽くらいの星が燃え尽きたあとに残る芯で、その大気には、かつて周りを回っていた惑星が壊れて降り込んだ元素の跡がよく見つかります。南の空の分は、これまで大規模な分光調査がほとんど手をつけていなかった領域でした。

星雲をまるごと分光する新しい装置

DR20には、もう一つ性格の違う目玉があります。ローカル・ボリューム・マッパー（LVM）です。こちらもチリのラスカンパナスで、2023年から動いています。

使っている望遠鏡の口径は16センチ。天文台の機材としてはずいぶん小さいのですが、狙いは視野の広さで、満月がまるごと収まる範囲を一度に見られます。そして、その視野を光ファイバーの束でびっしり埋めて、視野の中の一点一点についてスペクトルを取る。写真の1ピクセルごとに、1万を超える波長の情報がついてくる形です。ふつうは「星雲を広く写す」か「一点の成分を細かく調べる」かのどちらかを選ばなければならなかったところを、両方いっぺんにやってしまう装置です。

これを使うと、星雲の中でガスの温度や密度、元素の量、動きがどう変わっていくかを、面として地図にできます。DR20の時点で公開されたのは、オリオン大星雲、バラ星雲、三裂星雲、らせん星雲と近くの矮小銀河2つを含む6領域、スペクトル数で30万本。ただしこれは計画している5500万本以上のうち1%ほどで、公式にも「プレビュー」と位置づけられています。

「使える形」で置くという方針

SDSS-Vのデータ製品コーディネーターを務めるセントアンドルーズ大学のアンヌ・マリー・ヴァイマンス氏は、公開にあたって、データは公開されているだけでなく、実際に使える状態でなければ意味がない、と述べています。研究者だけでなく、データの扱いを学ぶ学生や、教材を探す教員、天文が好きな一般の人まで、それぞれの入口を用意する、という考え方です。

その象徴が、LVMのデータを眺めるために作られた「LVMvis」というブラウザ用のツールです。開発したニューヨーク大学アブダビ校のイヴァン・カトコフ氏によれば、もとは自分がLVMの観測状況を把握するために作ったものだそうで、空のどこが観測済みかを見て、クリックすれば、その場で望遠鏡が測った中身を見られます。専門家でなくても触れる形にした、というのが売りです。

公開されたデータの多くは、今後ほかの研究者の手で掘られていきます。SDSS-V代表のジュナ・コルマイヤー氏は、次のDR21とDR22に何を入れるかをすでに1週間かけて話し合ったと語っていて、公開はここで止まりません。SDSSが北半球だけを見ていた25年のあいだに積み上げたものが、これから全天で塗り直されていくことになります。