遠い過去の宇宙から届いた水素の微かな信号、南アフリカのMeerKAT電波望遠鏡が初めて直接検出
南アフリカ北ケープ州に設置された64個のパラボラアンテナで構成されるMeerKAT電波望遠鏡が、宇宙の初期段階に存在していた中性水素からの微弱な電波信号を直接検出することに成功した。イギリスのマンチェスター大学とジョドレル・バンク天体物理学センター、南アフリカのウェスタンケープ大学、イギリスのエディンバラ大学ロイヤル天文台、南アフリカ電波天文学観測所（SARAO）、そしてカナダのマギル大学の国際研究チームが、この成果を《アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ》に発表した。マンチェスター大学の研究員ソウラーブ・ポールが筆頭著者を務めている。
今回の検出は、水素強度マッピング（Hydrogen Intensity Mapping、HIM）という手法を用いた初めての単一観測所による直接検出となる。研究チームは2018年に収集したMeerKATのデータ96時間分を解析し、約40億年と50億年前に発信された2つの信号を捉えた。赤方偏移がそれぞれz＝0.32およびz＝0.44に相当し、検出された水素は宇宙が約10億年および9億年の年齢だった時期に存在していたことになる。
極めて微弱な信号を音響的に「聴く」新たな手法
水素強度マッピングは、中性水素が自然に発する21センチメートル線という微弱な電波信号を検出・測定する技術である。宇宙膨張に伴い、この信号の波長は伸長するため、異なる時代の宇宙を観察することが可能になる。個々の電波源を検出する従来の方法とは異なり、HIMは多くの銀河から合成された電波放射を測定する。光学望遠鏡では完全に解像できない銀河も含めた広大な領域を効率的に観察できるのが利点だ。
データ解析の過程は複雑で、前景放射、人工的な電波干渉、機器的な誤差といった多くのノイズ源から目的の信号を分離する必要があった。ポール研究員は「信号は極めて微弱で、隔離が困難だが、MeerKATで直接検出できたことは、この手法が宇宙論の実用的なツールになりつつあることを示している」とコメントしている。注目すべき点は、今回解析に使用したデータがMeerKAT運用開始から間もない時期に取得されたことである。今後、アーカイブに保存されている膨大なデータから、さらに多くの貴重な信号が発見される可能性を示唆している。
スクエア・キロメートル・アレイへの道を拓く発見
本研究は銀河形成と進化を宇宙的時間スケールで研究する新たな機会をもたらす。ジョドレル・バンク天体物理学センターのローラ・ウォルツ教授は「MeerKATは宇宙論に新しい観測窓を開き続けている。当初は水素強度マッピング用に設計されていない観測データからこの信号を抽出できたことは非常に励みになる」と述べた。
この成果は、計画中の次世代観測施設であるスクエア・キロメートル・アレイ天文台（Square Kilometer Array Observatory、SKAO）による今後の大規模宇宙観測に向けた道を開く。SKAOはMeerKATと、オーストラリア西部に設置されるIngarimanha Ilgari Bundara（Murchison Radio-astronomy Observatory、MRAO）のデータを組み合わせ、より雄大な観測キャンペーンを実行する計画である。
出典: Universe Today
