時空の歪みにより、爆発する星の4つの画像が得られた。

夜空は穏やかで静かそうに見えることが多いですが、よく見ると絶え間ない動きと変化が見られます。カリフォルニア州にある中間パロマートランジェントファクトリー (iPTF) では、明るさが変動する星や、恒星の前を通過する惑星など、天空の一時的な現象を探します。

2016年9月のある夜、天文台はこれまで存在しなかったものを観測した。超新星が突然現れたのだ。

「この天体で私が真っ先に注目したのは、私たちからの距離を考えると明るすぎるということだ」とストックホルム大学の宇宙論および物理学研究者アリエル・グーバー氏は言う。「本来の明るさの50倍以上も輝いていた」

彼と同僚たちは、データに問題がないことを確信した後、超新星からの光がその前を通過する銀河によって拡大されていることに気づいた。ズームインしてみると、実際には介在する銀河を取り囲む超新星の 4 つの異なる画像が見えることに気づいた。

この研究結果は本日『サイエンス』誌に掲載され、宇宙がどれだけ速く膨張しているかを測定するのに役立つ可能性がある。これは宇宙学者たちがまだ議論している問題である。

歪んだ視点

ゴムシートの上の重いボウリングボールのように、銀河やその他の巨大な物体の重力は、その周囲の時空構造を歪める可能性があります。そのため、超新星の光 (iPTF16geu と名付けられました) がこの銀河に遭遇したとき、銀河はレンズのように機能し、光を 4 つの別々の画像に分割し、強度を増幅するように曲げました。

カリフォルニア大学バークレー校のチームは、2015年に初めて重力レンズ効果を受けた超新星の画像を撮影した。本日の発表は、このタイプの超新星によって宇宙の構造の探査が容易になるはずなので、非常に興味深い。

iPTF16geu は Ia 型超新星です。これらの死にゆく星は一定の明るさで燃えているため、科学者は星がどれだけ遠くにあるかを測定することができます。このため、これらは標準光源と呼ばれています。

グーバー氏と彼のチームは、この超新星からの光が時間とともにどのように変化するかを知っているため、それを使って、宇宙空間を別々の経路で到着した超新星の 4 つの画像の到着時間の差を推定しています。この到着時間の差は「非常に貴重です。宇宙の膨張率、つまりハッブル定数を測定するために使用できるからです」とグーバー氏は言います。この研究はまだ進行中です。

さらなる謎

パロマーの施設は、今年予定されているいくつかのアップグレードにより、効率が 10 倍に向上する見込みです。グーバー氏と彼のチームは、今後数年間でこのような重力レンズ効果を受けたシステムをさらに発見し、宇宙の膨張率の測定をさらに精度アップし、運が良ければ銀河のレンズ効果についてさらに解明できることを期待しています。

「超新星の光の大きな増幅に私たちは困惑しています」とグーバー氏は言う。「5倍の増幅しかないものを発見する可能性は1000倍ほどあったはずです。なぜ私たちはそれを見ていないのでしょうか？52倍の増幅を持つシステムを見つけることができたのは単に幸運だったのでしょうか？」

新しい論文の共著者であるロバート・クインビー氏は、iPTF がこの天体を発見できたことに驚いたと述べている。科学者たちは、より遠くにある天体ほど、その前を大きな天体が通過する可能性が高いと予想していた。しかし、iPTF は非常に遠くにある超新星を観測することはできない。

「たった一つの出来事から結論を導き出すのは難しい」と彼は言う。「重力レンズ効果について、そしてこれほどの高倍率のレンズが宇宙でどれほど一般的であるかについては、まだ学ぶべきことがたくさんある。」