月の裏側から宇宙の夜明けを探る——コスモキューブ衛星が挑む「宇宙の暗黒時代」
月の裏側に配置される小型衛星「コスモキューブ」が、ビッグバンから最初の星々が生まれるまでの間に宇宙から発せられた信号を捉えようとしている。ケンブリッジ大学で開発中のこの衛星は、地球からの電波干渉を完全に遮断できる月の環境を活用し、宇宙の初期段階の謎に直接アプローチする初めての試みとなる。
地球では不可能な観測を実現する環境
月の裏側が観測地として優れているのは、「電波が静かな環境」だからだ。地上の電波塔や衛星通信といった人工的な電波源からの干渉がなく、地球の電離圏も遮断される。地上の望遠鏡では13億5千万年前の信号を検出することは極めて困難だが、月の裏側に位置するコスモキューブはこうした障害がない。
Nature Astronomyに発表された研究論文によると、衛星は軌道上で月の裏側を通過する際、地球からのすべての電波干渉から保護される。衛星は10～50MHzの極低周波数で動作し、地上の望遠鏡の周波数帯域からは完全に外れている。
宇宙の「暗黒時代」を照らす21センチメートル線
コスモキューブが探索するのは、天文学で「宇宙暗黒時代」と呼ばれる期間だ。ビッグバンから約38万年後から10億年後までのこの時期、宇宙には宇宙マイクロ波背景放射（CMB）と、原始水素が放つ21センチメートル線以外の光が存在しなかった。その後、約5千万年後に最初の星々と銀河が形成され、「宇宙の夜明け」と呼ばれる時期が始まり、宇宙は「透明」になって光学観測が可能になった。
ウィルキンソン・マイクロ波異方性探査機（WMAP）やプランク衛星によってCMBは研究され、ハッブル宇宙望遠鏡やジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡、そして地上の干渉計により最初期の銀河も観測されている。しかし暗黒時代と宇宙の夜明けの間に広がる時期は、これまで完全に観測の対象外だった。
2年間で1000時間のデータを集積
コスモキューブは2時間の公転周期のうち、約40分間を信号受信に充てる。主衛星の期間を2年間としたとき、合計1000時間分のデータを蓄積する計画だ。一度軌道に乗った後、長く軽量な電波アンテナを展開し、水素原子が放つ21センチメートル線に感応する。
地球で受信したデータは、ベイズ統計解析などの高度な手法を用いて処理される。銀河系からの自然な電波放射などの前景ノイズを除去し、コンピュータシミュレーションと機上測定により、アンテナが空のさまざまな領域にどう応答するかを把握して、残存する歪みも取り除く。
ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所の責任研究者エロイ・デ・レラ・アセド教授は、この観測が「ビッグバン後の水素放射が、最初の星々が形成される前の時代を明らかにすることで、暗黒物質がいかにして水素を集めて最初の星々と銀河を形成したのかを理解する手助けになるだろう」と述べている。デ・レラ・アセド教授によれば、「そうした微弱な信号を検出するために必要な遮蔽性を備えながら、同時に宇宙全体を観測できる場所は他にない。月の裏側は複数の問題を一度に解決し、最も初期の宇宙への明確な窓を開く唯一の選択肢だ」と指摘している。
出典: Universe Today
