最近の銀河間閃光は、この大きな天文学の謎を解くのに役立つかもしれない

最も激しい宇宙現象の 1 つは、最も頻繁に発生する現象の 1 つでもあります。毎日何千もの現象が地球の空を照らしていますが、それらは非常に速く消えてしまうため、天文学者は 10 年ほど前までそれが起こっていることにさえ気づきませんでした。そして科学者たちは、その原因をまだ解明していません。

これらの謎の光の閃光について私たちが知っていることのほとんどすべてが、その名前に当てはまります。高速電波バースト、つまり知る人ぞ知るFRBです。この閃光は、わずか数千分の1秒しか続きません。この閃光は、空にあるほぼすべての電波源よりも明るく輝きます。そして、この閃光を発生させるものは、非常にエネルギーが強いのです。

研究者たちは今、研究すべき電波バーストをはるかに多く抱えている。オーストラリアの砂漠の片隅に新しい電波望遠鏡群を設置し、あるチームが単独で確認済みの観測数をほぼ半分に増やし、その成果を水曜日のネイチャー誌に発表した。この新しい観測結果は、それが何であれ、これらの現象が想像を絶するほど遠くで起きていることを裏付けており、研究者がこれらの宇宙からの使者を利用して、他の方法では到達できない銀河間空間を調査できることを示唆している。この成果は、電波バースト天文学の新時代の始まりを告げるものであり、天文学者は検出間隔を年単位ではなく日単位で記録する。

「観測開始から3.5日以内に最初のFRBを発見しました」と、この研究を率いたスウィンバーン大学の天文学者ライアン・シャノン氏は語る。「とはいえ、少し運が良かったようです。探索中、約14日ごとに1回FRBを観測しました。」

研究チームがバーストを頻繁に、しかも観測したほとんどの方向で発見したという事実は、これらの閃光が常に地球に到達している（1日1万回も）という、広く受け入れられている結論を裏付けている。しかし、空には常に存在しているにもかかわらず、その短さゆえに、最初の閃光は2001年までハードディスクに記録されず、2007年まで気づかれなかった。その後、科学者たちは、データに映る幻影が実際に宇宙の出来事であるかどうかの判断に何年も費やした（後に、似たようなバーストがいくつか発生したが、研究者が焦って電子レンジを早めに開けすぎたためであることが判明した）。

「2012年当時、私たちが知っていたFRBはたった1つだけで、それが本物かどうかは誰も知らなかった」と、初めてリアルタイムFRBを発見し、信頼できる信号のカタログを管理している高速電波バースト研究者のエミリー・ペトロフ氏は言う。水曜日の時点で、データベースには査読付き学術誌に掲載されたFRBが28件だけ掲載されていた。現在、その数は47件に膨れ上がっている。「1つの出版物に20件のFRBを追加するのは、本当に素晴らしい取り組みです」と同氏は言う。

FRB は頻繁に発生しているものの、空は広大で発生時間は短いため、天文学者は適切な場所で適切なタイミングで観測する必要があります。銀河系外からの信号も、移動中に特定の方法で拡散しますが、FRB のように短時間の現象が宇宙全体に届くほど明るくなるとは誰も予想していなかったため、近年まで誰も正しい方法で観測していませんでした。

シャノンのチームは、携帯電話や、おそらく電子レンジの干渉から遠く離れた砂漠の一角に設置された、比較的小型のアンテナ8基のクラスターであるオーストラリア平方キロメートルアレイパスファインダー（ASKAP）を使用して閃光を発見した。チームは2017年の大半、1日24時間、アンテナをさまざまな方向に向けることに費やした。個々の望遠鏡は他の主要な電波望遠鏡よりも弱いが、それらを合わせると広い空をカバーでき、シャノンによると、満月約1,000個分に相当する。この領域は空の0.3%に過ぎないが、それでも以前の単一の望遠鏡による捜索より数百倍広い。また、広いスコープにより、発見ごとに合計12,000時間にわたる追跡観測を実施し、究極の報酬である再犯者を探すこともできる。

知られている 40 数個の FRB のうち、ほぼすべてが 1 回限りのイベントです。しかし、ある FRB は異常に活発で不規則であることが判明し、数時間で数十のパルスを発射し、その後数か月間消えていました。この動作により、天文学者は「リピーター」と呼ばれるこのバーストを、他の既知のバーストよりもはるかに広範囲に特定し、研究することができました。オーストラリアのチームは、より多くのリピーターを見つけることを期待していましたが、運がありませんでした。「FRB が発生する直前または直後に、信号の兆候は見られません」とシャノンは言います。

しかし、彼らはこれまでで最も明るいバーストを発見するという栄誉を得た。それは、太陽が 80 年かけて放出するエネルギーと同じエネルギーを 1 ミリ秒で放出したものだ。少なくともシャノンにとって、このレベルの出費は、パルスが宇宙人の推進力の副作用であり、車のバックファイアの宇宙版であるという突飛な主張を一蹴する。先進文明でこれほど緩い効率規制があるはずがない。

シャノンのチームはまた、これらの「天体物理学的突発現象」が遠方の銀河で発生していることも確認した。その中には文字通り宇宙の半分ほど離れたところにあるものもある。光線が宇宙を横切ると、電子に遭遇し、その進路が緩やかに曲げられる。一部の光線は他の光線よりも大きく曲がり、バースト全体が広がる。地球上でも、白色光がプリズムを通過する際に虹のように広がるときに、同様の現象が見られる。ただしこの場合、天文学者たちは宇宙の「プリズム」がどのように構成されているか確信が持てない。銀河間の空間にある物質は直接研究するには薄すぎて遠すぎるため、チームは大規模な FRB の集団をカタログ化し、それぞれの広がりを測定することで、この物質がどのようなものか、厚いのか薄いのか、ゴツゴツしているのか滑らかなのかがわかるようになると期待している。

高速電波バーストの検出結果を蓄積するもう 1 つの利点は、それが何であるかを実際に解明できるかもしれないことです。シャノン氏とペトロフ氏はどちらも、中性子星、つまりブラックホールにまで到達できなかった崩壊した恒星の残骸に賭けるのが賢明だと述べています。私たちの銀河には ASKAP が見たものに匹敵するほど明るく輝くものはありませんが、超高密度の中性子星だけが、大量のミリ秒信号を吐き出すほど小さく、機敏で、極端な存在です。FRB が中性子星の衝突から発生するのか、ブラックホールに衝突する中性子星から発生するのか、まだより安定したパルサーに成長していない混沌とした赤ちゃん中性子星から発生するのか、あるいはまったく新しいことをする中性子星から発生するのかにかかわらず、これらの天体が謎の核心にある可能性は高いです。

電波天文学コミュニティが新たなFRBの発見にさらに力を注いでいるため、答えが出るまでそれほど時間はかからないだろう。ASKAPは来年、アンテナ数を4倍にして再びこの探査に臨む。そして、すべてのアンテナを同じ空の領域に向け、バーストの発生源銀河を特定しようとする。ペトロフ氏は、来年にも稼働開始予定の他のアレイをいくつか挙げた。いずれも広範囲かつ正確な観測を目的としている。「FRBはたくさん見つかるでしょう」と彼女は言う。「私たちはただ掃除するだけです。その準備ができているかどうかさえわかりません」。

彼女によると、この分野では、短時間のガンマ線バースト（簡単に言えば、中性子星も原因）の原因を解明する40年間の探求から、どのような疑問を投げかけるべきかについて多くのことを学んできた。そして今回は、より高度な技術と知力の組み合わせが、その取り組みを大いに後押しするはずだ。「まだ数十年かかる可能性は間違いなくある」と彼女は言う。「しかし、現在のペースを考えると、この問題に取り組んでいる賢い人々が多すぎるので、すぐに解決しないはずがないと思う」