謎の爆発的宇宙電波の出所を絞る、サイエンス誌

宇宙の構造解明に貢献

2016.11.22
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高速電波バーストを検出したオーストラリアのパークス電波天文台の電波望遠鏡。(PHOTOGRAPH BY JASON EDWARDS, NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE)
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 宇宙のはるか彼方から届く爆発的な電波「高速電波バースト(FRB)」の出所を絞り込み、宇宙の構造解明に役立てたとする論文を、米国をはじめとする研究チームが科学誌「サイエンス」に発表した。

 地球上の望遠鏡が高速電波バーストをとらえたのは、これまでまだ20回ほど。完全に同じバーストはなく、1秒にも満たない時間に膨大な量のエネルギーが爆発的に放出されている。このバーストが発生するしくみは、まだほとんど説明できておらず、発生の原因もブラックホールの蒸発から異星人の通信まで諸説が提案されている。(参考記事:「宇宙最大のブラックホールをもつ銀河を撮影」

 残念ながら異星人の通信の可能性はなさそうだが、「発生源がどのくらいあり、どのくらいの頻度でバーストを起こし、どのくらい離れたところにあるのかもわからないのです」と米コーネル大学のジム・コーデス氏は語る。

 2015年8月、オーストラリア南部にあるパークス電波天文台の電波望遠鏡が、これまでで最も明瞭な高速電波バーストを記録した。FRB 150807と名付けられたこのバーストの持続時間はわずか数ミリ秒(1ミリ秒は1/1000秒)だったが、幸いなことにリアルタイムで観測することができたのだ。

 研究チームが11月17日にサイエンス誌に発表した論文によると、この高速電波バーストは非常に明瞭だったため、発生場所をほぼ特定できただけでなく、地球に到達するまでに通り抜けてきた宇宙空間の複雑な磁場の解明にも役立ったという。

発生源を6つの銀河に絞り込む

 高速電波バーストについては、つい最近まで、望遠鏡の不具合で検出されたものなのか、天の川銀河の内側で発生したのか、はるか遠く宇宙から来たものなのかさえわかっていなかった。(参考記事:「【解説】“高速電波バースト”、謎解明に一歩前進」

 当初は数十億光年離れたところから来たのではないかと推定されていたが、その後、天の川銀河の星雲の中で起きたものかもしれないという説も出てきた。

 科学者たちが知りたがったのは、高速電波バーストが宇宙のどの方向から来るかを特定し、天の川銀河内から来ているのか、それとも遠方の銀河から来ているのかを見きわめることだった。それがわかれば、個々のバーストがどれだけのエネルギーを持っているかを見積もることができる。

 今回の観測で、その答えにかなり迫ることができた。

 FRB 150807は非常に明瞭だったため、パークス天文台の2つの別々の検出器でとらえることができた。天文学者はその情報を利用して、2台の検出器の観測範囲が重なっている小さな領域を特定した。今回の論文の共著者である米カリフォルニア工科大学のヴィクラム・ラヴィ氏がその領域を注意深く観察すると、6個の銀河といくつかの明るい恒星が見つかった。

パークス電波天文台のパラボラアンテナ。(PHOTOGRAPH BY LISA MAREE WILLIAMS, GETTY IMAGES)
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 研究チームは、6個の銀河のうちの1つが発生源である可能性が高いと考えた。なかでも最有力候補としているのは、VHS7という明るく巨大な赤い銀河だ。VHS7は6個の銀河の中では地球から最も近いが、それでも32億~65億光年離れている。

 しかし、VHS7が高速電波バーストの発生源であると結論づけてはいない。今回の分析では、VISTA望遠鏡のサーベイでとらえられた天体を対象にしているが、発生源がこの望遠鏡では見えない銀河である可能性もないとは言えないからだ。

 ただ、発生源までの距離の下限は明らかになった。研究チームによると、少なくとも15億光年は離れているという。つまり、FRB 150807は天の川銀河内で発生したものではないのだ。「これまでに論文で報告されている18の高速電波バーストのうち1つか2つは銀河系内から来ている可能性がありますが、それ以外は銀河系外から来ています」とコーデス氏は言う。(参考記事:「超精細な天の川画像、欧州の天文台が発表」

宇宙で弾けるポップコーン

 謎はもう1つ残っている。そもそもなぜ、こんなに強力な電波バーストが発生するのかということだ。手がかりは乏しいものの、最近も、極端に強い磁場を持ち高速で自転する死んだ恒星のフレアからエネルギーを供給されている可能性を示唆する証拠が得られている。

 高速電波バーストの発生原因を知るには、もっと多くのバーストを観測し、それに関連した天体を探し出す必要がある。ほかの高速電波バーストもFRB 150807のように明瞭なら、見つけるのはそれほど難しくない。

 科学者たちは、高速電波バーストは宇宙のポップコーンのようなもので、毎日あちこちで何千回も発生していると推定している。ただ、持続時間が短いため、リアルタイムでとらえるのは難しいのだ。

 2017年にも稼働を始める2基の新しい望遠鏡が、この問題の解決に役立つかもしれない。1つはカナダのCHIME電波望遠鏡で、視野が非常に広いため、多くのバーストをとらえることができるはずだ。もう1つはカリフォルニア工科大学のディープ・シノプティック・アレイの試作機で、パラボラアンテナをいくつも並べて高速電波バーストの位置を突き止めることを目標としている。(参考記事:「1300個、18倍の銀河を一度に発見、新電波望遠鏡」

「今回のように明瞭な高速電波バーストの比率が高ければ、あまり感度が高くない電波望遠鏡でも、視野さえ広ければ、もっとたくさん見つけることができるでしょう」と、オランダ電波天文学研究所の天文学者エミリー・ペトロフ氏は言う。

 高速電波バーストの発生原因がわからなくても、科学者たちはこの現象を利用して、複雑に乱れた銀河間空間の地図を作ろうとしている。数ミリ秒だけ強烈に輝く高速電波バーストは、バーストが通り抜けてきた銀河間空間の物質の密度を決定し、磁場の強さを知るのに役立つのだ。

 たとえばFRB 150807は、バーストの発生源から地球までの磁場が、ほぼ天文学者の予想どおりであることを示唆する情報を運んできた。

「FRB 150807は、この方向の銀河間媒質の磁化と乱流のモデルが、それほど間違っていないことを示しています」とラヴィ氏。「ですから、今回の結果は、この意味では意外なものではありません。けれども、そう言えること自体が驚くべきことなのです」

文=Nadia Drake/訳=三枝小夜子

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