National Astronomical Observatory of Japan

2020 年 6 月 1 日

No.323

特集 アルマ望遠鏡 2020

● アルマ望遠鏡の最新レポート● 宇宙初期の巨大炭素ガス雲の発見―アルマ望遠鏡がとらえた宇宙最初の環境汚染―● タイタンの大気化学を解き明かす同位体● 臨終間近の老星でアルマ望遠鏡が捉えた双極ジェットを吹き出す瞬間● 太古の宇宙におけるブラックホールジェットと星間ガスの衝突を初観測

6

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2020

NAOJ NEWS06

国立天文台ニュース
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03

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N

T

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表紙
国立天文台カレンダー

特集

アルマ望遠鏡 2020●

アルマ望遠鏡の最新レポート
平松正顕（アルマプロジェクト）

●

表紙画像

研究トピックス01
宇宙初期の巨大炭素ガス雲の発見

アルマ望遠鏡とさまざまな観測成果画像。

―アルマ望遠鏡がとらえた宇宙最初の環境汚染―

渦巻銀河 M81画像（すばる望遠鏡）

背景星図（千葉市立郷土博物館）

藤本征史（コペンハーゲン大学）●

研究トピックス02
タイタンの大気化学を解き明かす同位体
飯野孝浩（東京大学情報基盤センター）●

研究トピックス03
臨終間近の老星でアルマ望遠鏡が捉えた双極ジェットを吹き出す瞬間
今井 裕（鹿児島大学）●

研究トピックス04
太古の宇宙におけるブラックホールジェットと星間ガスの衝突を初観測
井上開輝（近畿大学）

15

15

おしらせ
●

新型コロナウイルス感染症に関連した対応について●望遠鏡運用状況●●

新型コロナウイルス感染症に関連した対応について●施設公開等●

編集後記／次号予告
三鷹構内のガクアジサイ。

16

新連載「すばる望遠鏡 HSC Cosmic Gallery」03
SDSS J0232.8-0323
解説：田中賢幸（ハワイ観測所）

国立天文台カレンダー
2020 年 5 月

2020 年 6 月●5月、6月、7月のカレンダーは、新型コロナウイルス感染症のため、掲載を見送ります。

p a g e022020 年 7 月

特

集

ア ル マ
望遠鏡
2020
2011年9月にアルマ望遠鏡の初期科学観測が始まってから、 もうすぐ9年。 アルマ望遠鏡は、 惑星系の誕生現場をこれまでにない解像度で描き出し、 宇宙初期の銀河をこれまでにない感度で捉えて酸素や炭素の存在を明らかにし、 そして星や惑星の形成現場に複雑な有機分子を見つけてきました。 今回のアルマ
望遠鏡特集では、 改めてアルマ望遠鏡の 「今」 と 「未来」、
そして最新の観測成果についてご紹介したいと思います。
協力
アルマプロジェクト・チリ観測所

03アルマ望遠鏡の最新レポート
アルマ望遠鏡の現状と最近のおもな研究成果、そして今後の機能強化計画をご紹介します。

平松正顕（アルマプロジェクト）●01 アルマ望遠鏡とは？

た東アジア・北米・欧州の各地域

10月からの1年間をひとつの「サには、それぞれの地域の天文学者

イクル」としています。2019年

アルマ望遠鏡は、口径12 m のがアルマ望遠鏡を使った研究を遂10月から科学観測「サイクル7」

アンテナ54台、口径7 m のアンテ

行することを支援する「地域支援が開始されましたが、新型コロナ

ナ12台の計66台を擁する電波望センター」が設置され、アルマ望

ウイルス感染症の拡大防止のため遠鏡です。多数のアンテナで一斉遠鏡ユーザーとプロジェクトの橋に、2020年3月19日にアルマ望遠に一つの天体を観測し、そのデー渡し役を担っています。東アジア

鏡の科学運用が一時的に停止さタを専用の高速コンピュータで処のアルマ地域支援センターは国立れました。このため、サイクル7

理して合成することでひとつの天文台に設置されていて、データはその終了期間が1年延長され、巨大な仮想電波望遠鏡を構成す

解析とデータの品質管理、ユー

2021年9月末までの2年間となりる「電波干渉計」です。アンテナ

ザーズミーティングや観測提案準ました。現在は、チリでの感染症が展開されているのは、南米チ

備ワークショップの開催、問い合

拡大の状況を注視しながら、運用

リ、アンデス山脈の中にある標高

わせ対応からソフトウェア・ハー

再開のタイミングを検討している

5000 m のチャナントール高原。

ドウェアの開発、広報など多彩なところです（2020年6月9日現在）。

実際にその場所に立ってみると、支援業務を行っています。

標高を感じさせないほど広々とし

アルマ望遠鏡は、波長が数 mm

まっていても、アルマ望遠鏡をた台地が広がっています。66台のアから1 mm 以下の電波「ミリ波・使った研究は止まりません。すでンテナは最大で差し渡し16 km の範

サブミリ波」を観測します。ミリ

に多くのデータが研究者に配布さ

囲に展開され、これらがつなぎ合わ

波・サブミリ波の観測で研究するれており、また観測一時停止前にされることで、東京の山手線大の望のは、主に星の材料になるような取得されたデータも順次処理され遠鏡となります。

低温（絶対温度10ケルビン、摂ています。また、アルマ望遠鏡観

このような大規模な望遠鏡は、

氏マイナス260℃程度）の星間物

測データアーカイブにはこれまで一国だけでは建設と運用ができま質です。アルマ望遠鏡は、「惑星に取得されたデータが蓄積されてせん。アルマ望遠鏡は、日本をは系の誕生」「銀河の形成」「宇宙におり、多くのデータは誰でもダウじめとする東アジア、北米、欧州

おける物質進化」の解明を3大目ンロードして研究に利用できる状の各国が協力して運用を行ってい標に据え、ミリ波・サブミリ波を態になっています。

ます。建設地のチリを含めると、極めて高い感度と解像度で捉える

さらに、アルマ望遠鏡の能力を

その数は22カ国・地域にのぼりことで、天文学を大きく前進させ高める開発も進んでいます。アルます。チリ現地には望遠鏡の運用

つつあります。

マ望遠鏡は、観測する電波を10の波長帯（バンド）に分け、それを担う「合同アルマ観測所」が設立され、各国から研究者をはじめ●02 アルマ望遠鏡の「今」集って業務にあたっています。まぞれに最適化された受信機を作ってアンテナに搭載しています。現

さまざまな専門性を持つ職員が04

アルマ望遠鏡の現地運用が止

アルマ望遠鏡の観測は、毎年

在はバンド3からバンド10までの図01

台 湾 ASIAA で 製 造 が 進 む アル マ 望 遠 鏡 バ ン ド1受 信 機。Credit:
ASIAA

8種類の受信機が観測に使われては、欧州南天天文台と国立天文よく観測されています。一酸化炭

いますが、もっとも波長の長い台が共同で提案し、アルマ評議

素分子が放つ電波の周波数は、（周波数の低い）バンド1とバン会によって承認されました。受信115 GHz（アルマ望遠鏡バンド3

ド2は「空席」になっています。

機の主要部分は欧州南天天文台とのカバー範囲）とその整数倍の周

この空席を埋め、アルマ望遠鏡の

オランダの Netherlands Research

波数となります。ところが非常に観測周波数帯をさらに拡張するた

School for Astronomy（NOVA）、

遠方にある銀河の場合、宇宙膨張めの開発が進んでいるのです。

スウェーデンのチャルマース工科に伴う赤方偏移によって周波数が大学、イタリアの National Institute下がり（波長が伸び）、バンド3

for Astrophysics（INAF）が共同開よりも低い周波数帯になって地球

バンド1（周波数35～50 GHz、発します（図02）。国立天文台は、に届きます（p06・図03参照）。

波 長 6～8.5 mm） は、 台 湾 の 中

受信機に電波を導く「受信機光学

バンド1やバンド2はこうした周央研究院天文及天文物理研究所系」の製造と試験を担当します。

波数帯をカバーすることができる（ASIAA）を中心に、国立天文台、

また、米国立電波天文台とチリ大ので、遠方銀河に含まれる星の材

アメリカ国立電波天文台、チリ大

学は、バンド2受信機の構成部品

料のガス量を精度よく測定できる学、カナダ・ヘルツベルグ天体物の一部の開発に携わってきまし

ようになるのです。

理学研究所が協力して開発されまた。バンド2受信機開発に関する

また、バンド1・2受信機がカした（図01）。2019年11月には量契約は2020年4月までに各機関にバーする周波数帯には、有機分子産審査会が開催され、必要な性能

よって締結され、正式に開発がスや重水素を含む分子の電波が含ま試験や組み立ての設備と手順、品タートしました。なお、バンド2れます。惑星系誕生の現場ではす

質管理体制が十分なものであるか

受信機がカバーする周波数の上限

でに様々な分子の検出が進んでいどうかが審査されました。そのを116 GHz まで拡張し、現在のバ

結果、全アンテナ66台への搭載

ン ド3受 信 機（84～116 GHz、 波

分と予備7台の合計73台の量産が長2.6～3.6 mm）が観測できる周認められました。バンド1受信機

波数帯をも1台の受信機で観測可の製造は進んでおり、既に一部能にする技術的検討も進められてはチリに送られています。2020

います。

●バンド1受信機の開発

年3月には、アルマ望遠鏡山麓施バンド1・2受信機が稼働する

設での受信機の組み込み作業が開ことによって、アルマ望遠鏡の観始されました。アルマ望遠鏡の現測周波数が拡大し、さらに力強い

地運用が再開されれば、望遠鏡に天文学研究を推進することができ搭載されて初めて電波を検出するます。期待されている研究のひと「ファーストライト」に進むこと

つは、遠方銀河に含まれる一酸化になります。

炭素分子からの電波をとらえるこ●バンド2受信機の開発とです。一酸化炭素分子は、星の材料となる分子雲のなかで水素分

バンド2（周波数67～90 GHz、子に次いで豊富に存在する分子

波長2.6～4.5 mm）受信機の開発で、電波を強く放射することから

図02

INAF が開発したバンド2試作受信機の15 K ステージ。Credit: INAF/F. Villa05

意義の高い大型計画を体系化してまとめています。2020年1月に発表された「マスタープラン2020」では、アルマ2計画は速やかに実施すべき計画である「重点大型計画」のひとつに選定されました。次に、文部科学省が策定する「学術研究の大型プロジェクトの推進に関する基本構想ロードマップ」にもアルマ2計画の提案を提出しました。
マスタープランが主に学術的意義を踏まえて研究者コミュニティが選定するものであるのに対し、
ロードマップは国が「学術研究の一酸化炭素分子が放つ電波の模式図。一酸化炭素分子は115 GHz とその整数倍の周波数の電波

大型プロジェクトを推進するうえを発しますので、宇宙膨張の影響を受けない「近くの宇宙」ではバンド3以上の周波数帯でカバーされで一定の優先度を評価するもの」

図03

ます（図上）。一方で遠方宇宙にある天体を観測するときは、宇宙膨張の影響を受けて周波数が下がります。例えば110億光年先の天体に含まれる一酸化炭素分子から発せられる電波は、バンド1・2受信機がカバーする周波数帯に入ってきます（図下）。

とされています。ロードマップへの提案は、現在審査中です。
アルマ2計画の概要は国立天文ますが、バンド1・2受信機によ

科学省の大規模学術フロンティア

台ニュース2019年9月号のアルマ

る観測が加わることで、重水素を促進事業によって推進されていま

望遠鏡特集で簡単にご紹介しまし含む分子の観測から地球型惑星にす。この事業は、すばる望遠鏡

たが、改めて記しておきましょ含まれる水の起源を探る研究や、や TMT、核融合科学研究所の大う。アルマ望遠鏡の機能強化としさらに多様な有機分子の研究が進型ヘリカル装置、東京大学が主導て、「解像度の2倍以上の向上」、

むことでしょう。

するスーパーカミオカンデなどの「感度の約2倍向上」、「同時観測さらに、日本が開発した12 m

大規模研究装置や研究プロジェク

可能周波数帯域の2倍以上向上」

アンテナ向けの新型デジタル分トを推進することで、世界の学術を目指します。このために、アン

光計も、韓国天文宇宙科学研究

フロンティアを先導することを目

テナ配置範囲の拡大、受信機や信院（KASI）と国立天文台の共同指したものです。アルマ望遠鏡の号処理装置の改良などを検討してで開発が進められています。高速場合、この仕組みによる支援がいます。実際に、国立天文台先端

なデータ処理が可能な GPU を活2022年度で終了します。もちろ技術センターでは、従来の5倍程用した分光計で、天体から届く電んアルマ望遠鏡はその後もパワー度の周波数帯域を同時に観測でき波の強度を測定する能力をさらにアップしながら共同利用を継続る受信素子の開発に成功していま高めることを目指しています。

し、天文学の新たなページを切りす。また、アルマ望遠鏡の大気揺

2019年12月には最終設計・製造

拓いていくポテンシャルを有してらぎ補正技術を向上させることで審査会が KASI で開催され、国際います。これを実現するために国解像度を視力6000以上にする試的な専門家からなる審査委員会に

立天文台は、アルマ望遠鏡を機能

験観測にも成功するなど、準備はよって製造に正式なゴーサインが強化しながら科学観測を実行する

着々と進んでいます。すでに比類出されました。

「アルマ2計画」を提案しています。

なき性能を持つアルマ望遠鏡です●03アルマ望遠鏡の「未来」●アルマ2計画
この計画は、まず科学者コミュ

06が、さらに性能を向上させることで、現在のアルマ望遠鏡や他の望遠鏡では解けない謎を解くことに挑むのです。

バンド1・2受信機や新型分光

ニティの代表である日本学術会議

計の開発が現在進んでいますが、に提出されました。日本学術会議

国立天文台ではそのさらに先を見は「学術の大型研究計画に関する越した開発の準備も進めています。

マスタープラン」を6年に一度策アルマ2計画で設定する科学目

アルマ望遠鏡は、日本では文部定し（3年毎に小改訂）、学術的

標 は3つ あ り ま す。 第 一 の 目 標●アルマ2計画の3つの科学目標

は、「地球型惑星形成領域におけ幅に向上させる

る惑星形成過程の理解」。若い星ことを狙っていのまわりの原始惑星系円盤をよります。これによ高い解像度で観測し、地球軌道ス

り、理論的に最ケールの構造を明らかにすること初の星が生まれで、円盤内のどこでどんな惑星形

たと考えられる

成が進むのかを明らかにすること

宇宙誕生後3億を目指します。これは、発見が相年の時代を観測

次ぐ太陽系外惑星の多様性の起源

し、その星が超に迫ることになります。アルマ2

新星爆発してま計画で解像度を2倍以上向上させき散らした酸素ることで、地球軌道スケールの構などの重元素か造を見分けられる天体数は現在からの電波を探しら約100倍増加するため、より多

ま す。 こ れ にくの惑星形成現場を見ることが可

よって、最初の能になります（図04）。

星形成の時期を

図04

アルマ望遠鏡は、約300光年の距離にある星の周囲で地球軌道ス

第二の目標は、「惑星系誕生過

精度よく求め、程での生命素材物質の理解」を大宇宙における元

きく前進させることです。感度と素合成の開始地

同時観測可能周波数帯を向上させ点を特定するこ

ることで、より効率的に、より弱とを目指しまい電波までキャッチすることが可す。そしてもちろん、パワーアッてガスが散逸してしまっている段

能になります。惑星系誕生現場をプしたアルマ望遠鏡はこれら3つ階にあたります。この発見は、惑

細かく分解して調べるだけでなの大目標以外にもさまざまな宇宙

星形成過程全体に再考を迫る重要

く、その中の場所場所での有機分の謎に挑み、新しい宇宙の姿を見な成果と言えます。さらに、星形子の分布を描き出すのです。生命せてくれることでしょう。引き続成領域 AFGL 5142にリンを含むの材料になりうるような有機分子

き、ご支援のほどよろしくお願い

分子が発見されました。リンはがどこに存在するのかを明らかにします。

DNA にも含まれる生命に欠かせ

ケールの構造を見分けることができます。一方、太陽から300～600光
年の位置には数多くの星形成領域があり（帯状に連なる星形成領域を、
グールドベルトと呼びます）、数多くの若い星が存在しています。このため、解像度を2倍に向上させると、飛躍的に多くの若い星の周囲で地球軌道スケールの構造を見分けられるようになります。

し、光学赤外線望遠鏡で行う太陽系外惑星の大気分析や、探査機にない元素です。探査機による観測●04 最新の観測成果

よる太陽系内天体の有機分子探査

で、彗星にもリンが含まれている
ことが明らかになっています。星と結びつけることで、地球と太陽

アルマ望遠鏡からは、引き続きのもとになるガス雲にリンが存在系外惑星における生命の起源につ多くの科学成果が創出されていまし、そこで作られた彗星にリンがいての基本情報を得ることを目指す。例えば天の川銀河の隣にある

取り込まれ、彗星が惑星に衝突すしています。

大マゼラン雲で、一方向に大きくることでリンがもたらされる。私

第三の目標は、「宇宙における

ガスが広がる「孔雀」形のふたつたちの体に含まれるリンも、もし元素合成の開始地点の探究」での分子雲の姿が詳しく描き出されかしたらこのような過程を経て地す。アルマ望遠鏡はこれまでに、ました。その姿は、ガス雲同士が球に運ばれてきたのかもしれませ

132億8000万光年先の銀河に酸素

大規模に衝突した場合のシミュん。生命誕生に繋がる物質の由来を発見するなど、宇宙初期に存在

レーション研究結果とよく似ていを紐解くことも、アルマ望遠鏡のする元素について新たな知見を多て、大マゼラン雲の激動の歴史を重要なミッションです。

く生み出してきました。アルマ

物語っているといえます。また、2計画で感度向上と周波数帯域を推定4000万歳のくじら座49番星●このあとには、アルマ望遠鏡で拡大させることで、赤方偏移が確を取り巻く円盤に、予想をはるか

成果を挙げた日本の研究者たちに定していない遠方銀河（つまり、に超える量の炭素原子ガスが発見

よる記事が続きます。アルマ望遠

重元素からの電波放射の周波数がされました。従来の理論では、こ鏡が明らかにする新しい宇宙の姿わからない銀河）の観測効率を大の星の周囲では惑星形成が完了しを、ぜひお楽しみください。
07

宇宙初期の巨大炭素ガス雲の発見―アルマ望遠鏡がとらえた宇宙最初の環境汚染―

藤本征史（コペンハーゲン大学）

宇宙にあまねく広がる生命の源、重元素す。これは、人類がこれまでに手にした炭素輝線に対するデータの中で、最も感度が高いものです。

ビックバン直後の宇宙には水素とわずかな

世界最高感度のデータによって我々研究

ヘリウム、リチウム、ベリリウムしか存在しチームは、従来の観測ではとてもとらえるこていませんでした。一方で現在の宇宙には、とのできなかった微弱な炭素ガスのシグナル

地球の大気や生命の材料にもなっている、炭を検出することに成功しました。初期銀河の素や酸素などの重元素★01が広く存在してい周りの漆黒の空間に、約３万光年にわたってることが知られています。宇宙で星が生まれ

うっすらと広がった炭素ガスｇ雲が見えてきると、星の内部で核融合反応がおこり、水素ました（図02）。ハッブル望遠鏡なども駆使などから重元素が生み出されたと考えられてして星の分布を撮影し注意深く解析を続けた

います。しかし、このような重元素がいつどところ、この炭素ガス雲は、銀河中の星の分のように宇宙に広がっていったのか、まだ分

布よりも約５倍も広がっている巨大な構造でかっていません。

あることがわかってきました。

こうした重元素のガスには電波の波長帯で明るい輝線を放つものが多く存在します。そこで天文学者たちは、電波の波長帯で高い感度を誇る大型電波干渉計アルマ望遠鏡を用い★ newscope ＜解説＞
★01 重元素天文学では、水素とヘリウムよりも重たい元素を、すべてまとめて重元素と呼びます。

現在のモデルでは説明できな
い大きさて、宇宙初期に生まれた銀河に対して、重元どうして巨大な炭素ガス雲が形成されるの

素ガスの観測をこれまで続けてきました（図でしょうか。星が死を迎えると、超新星爆発

01）。その結果、宇宙誕生後数億年後の銀河によって星内部で形成された炭素が、周囲に内部に、すでに炭素や酸素といった重元素がばらまかれていきます。さらに爆発時のエネ

存在していることをつきとめていました。しかし従来の観測では、感度の限界のために、宇宙初期の銀河から外の宇宙空間に重元素が広がっているのかどうかを調べることはできませんでした。

世界最高感度のデータによる巨大炭素ガス雲の発見
そこで我々は、電波の波長帯で最も明るい輝線を放つ炭素ガスの光に注目しました。公
開されていたアルマ望遠鏡のデータをくまな
く調べ、宇宙誕生後、約7～11億年ごろの初期銀河の炭素ガスをとらえたデータを全て集めてきました。これらの複数のデータを重ね合せ、よりくっきりとしたシグナルを得る解
析処理を行うことで、従来の約20倍の観測時間に匹敵する極めて高感度のデータを得ました。個々の銀河の姿ではなく、この時代の銀河の平均的な姿を描き出すことができたので

08

図01 宇宙誕生約5億年後 ( 赤方偏移 z=9.1096) の時代の銀河からの酸素の光 ( 白色等高線 )。検出を確かめるには十分なデータでしたが、銀河の星の光 ( 背景カラー ) に対して、どれほど広がっているかを精査するのは難しい状況でした。Hashimoto et al. 2018, Nature, 557, 392より転載。

ルギー、巨大ブラックホール周囲から放出されるジェットや強力な光によって、星の周囲炭素の光にとどまらず、銀河の外、やがては宇宙全体

塵の光に炭素が広がっていったのだと考えられます。
原始的な水素やヘリウムガスが充満する宇宙に拡散されていく炭素。天文学では、こうした重元素の拡散によってガス中の重元素比率が上昇することを「汚染」と呼びます。今回の成果は、まさに宇宙最初の環境汚染の現場をとらえた発見とも言えます。
では、こうした巨大な炭素ガス雲構造は、
現在の理論モデルで果たして予想されていたのでしょうか。我々はこのような環境汚染に炭素の光 / 星の光

ついて、国内外の最新の理論モデルを用いて検証しました。複数のモデルと比較しましたが、結果はいずれも観測結果が示す、巨大な炭素ガス雲のような十分な広がりは再現されませんでした（図03）。宇宙初期における巨大な炭素ガス雲の発見は、これまで理論モデ
ルで欠けていた新しい物理機構を要請する結果となりました。宇宙初期にできた銀河では、我々が予想していたよりもはるかに多くのガスが、超新星爆発やブラックホールのエネル
ギーによって、宇宙空間に吹き飛ばされていたのかもしれません。
我々は引き続き、アルマ望遠鏡を含む世界

3万光年

各国の望遠鏡を用いた詳細観測によって、宇宙初期において環境汚染が引き起こされる物

10 kpc

理機構の解明を目指しています。

図02
図02

世界最高感度のアルマ望遠鏡データで見えてきた、広がった炭素ガス雲の描像。炭素輝線の広がり ( 左上
パネル , 赤色等高線 )、銀河中の星によって照らされた塵からの光 ( 右上パネル , 緑等高線 )、ハッブル宇宙望遠鏡で捉えた星の光 ( 下パネル , 中央部の白く見える部分 ) に対して約5倍の広がりを持つ炭素雲 ( 下パネル , 赤色 ) をそれぞれ示しています。パネル中のバーは3万光年 (10 kpc) の距離に相当します。

観測データと理論モデルの比較。炭素と星の光を赤色、青色、観測データと理論モデルをそれぞれ四角、曲線で示しています。理論モデルにおいて、星の分布はよく再現されている一方、炭素の広がりは再現されませんでした。

●論文掲載情報
Fujimoto et al.: 2019, First Identification of 10
kpc [CII] Halo around Star-Forming Galaxies at
z=5-7, ApJ, 887, 107.

単位面積あたりの
放射の強さ

図03

炭素

測

モ

デ
ル

1.0
図03

観

星

2.0

3.0

半径 [万光年]09

タイタンの大気化学を解き明かす同位体
飯野孝浩
（東京大学
情報基盤センター）

タイタン：太陽系で最も複雑な大気成分を持つ天体

うち、多く存在するほうは太陽紫外線により土星の衛星「タイタン」は、地球同様に窒す。いっぽうで、今回求められたアセトニト

在する高度により変化する。そのた素を主成分とし、地表で1.5気圧という分厚

リルの窒素同位体比は窒素分子に近いものでめ、得られたスペクトルの形状から、い大気を持つ天体です。大気中には地球大気した。これはすなわち、アセトニトリルを構には見られないような複雑な分子ガスが存在成する窒素原子は、太陽紫外線ではなく別のし、これらは多様な化学過程を経て生命の構要因、すなわち銀河宇宙線★02によって解離

成要素であるアミノ酸を生成する可能性すらされて生成されたものであることを示してい指摘されています。そのため、タイタン大気るのです。これは近年の大気化学シミュレー

における化学過程の解明は、現代の惑星科学

ション研究との比較によりなされたものです。 ★02 銀河宇宙線とその役割の重要なトピックとなっています。実際にアメリカ航空宇宙局（NASA）が送り込んだ探査機「ボイジャー」や「カッシーニ」はタイタンの詳細な観測を行っており、大気内にシア

解離（窒素分子が窒素原子に分かれること）
しにくいことにより生じていると考えられま★ newscope ＜解説＞
★01 大気リトリーバル
分子のスペクトルの形状は、分子が存

分子の存在する高度を推定する（リトリーバル計算）ことが可能である。研究チームは、アセトニトリルが高度150 km 以上の領域に偏在しており、その量は大気全体の1億分の1程度であることを明らかにした。

銀河宇宙線は高いエネルギーの陽子

銀河宇宙線による微量分子の生成を初めて証明

ン化水素やプロパンといった多様な分子ガス

大気における分子ガスの生成においては、が存在すること、その量が季節によって1000

太陽紫外線によって駆動される光化学がよく知（電子のない水素原子）を主成分とし、太陽系の外から飛来してくる。大気と反応しにくいために、紫外線が侵入できない低い高度まで侵入することができる。

倍程度もダイナミックに変化することなどを示してきました。
しかしカッシーニ探査機は2017年にミッションを終了して廃棄されてしまっており、さらなる研究の進展のためには、地上大型望遠鏡を用いた観測・解析技術の構築が必要でした。

アセトニトリルの窒素同位体比を世界で初めて詳細に導出
私たちの研究グループは、アルマ望遠鏡を用い、タイタンの成層圏に10 ppb（大気全体の1億分の1ほど）とごくわずかに存在する複雑な分子「アセトニトリル（示性式 CH3CN）」と、さらにその1/100ほどしか存在しないその「 窒 素 同 位 体（CH3C15N）」 が 放 つ、 微
弱な電波の同時検出に成功しました。そして、検出した電波の特徴の詳細な解析（大気リトリーバル★01）からアセトニトリルの窒素同位体の存在量を明らかにしました。すでにアルマ望遠鏡などで求められている他の窒素化合物群（シアン化水素、シアノアセチレン）の窒素同位体比は、窒素分子に比べて低い値を示しており、これは窒素分子同位体の10

図01 カッシーニ探査機が2017年に可視光で撮影したタイタン。厚い雲状のもやは大気中の分子ガス群が結合して形成されており、大気中の複雑な化学プロセスの存在を示している。
NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

られています。しかしタイ
タンは地 球に比べると太陽から離れた天体であり、紫外線の強度は数%にまで低下します。さらに、
銀河宇宙線は太陽系の外側ほど強力であり、今回
私たちは、紫外線よりも低高度まで侵入できる銀河宇宙線が成層圏下部で窒素分子を破壊して窒素原子を生成し、アセトニトリルの生成につながるということを観測的に初めて示しました。これは同時に、窒素同位体比の精密な計測が、遠く離れた天体の大気成分がどのように生成されたのかを解明する有力な手段であることを示した成果としても重要です。

探査機に匹敵する
高い感度を地上観測で実現

これまで、太陽系内天体の科学研究では探査機による観測が大きな成果

図02 本研究で窒素同位体比を測定したアセトニトリル分子の生成プロセス。今回観測された成層圏ではアセトニトリ
ルの高い窒素同位体比が観測され、これは銀河宇宙線により窒素原子が解離（破壊）してアセトニトリル分子を生成するという先行研究のモデルが示唆した値と一致した。背景画像クレジット：NASA/JPL-Caltech/Space Science Instituteを挙げてきました。探査機は観測天体の近傍から詳細な観測ができる

存在量や分布高度を割り出すという、アルマ

一方で、研究テーマの立案から観測までは多惑星大気データの一連の解析プロセスも確立

くの時間や人的コストを必要とします。本研されました。

究では、最先端技術を投入して建設された地

将来の展望

上大型望遠鏡を用いることで、探査機同様に遠く離れた天体の大気成分の詳細な観測が地上からでも可能になることを示しました。まアセトニトリルのように成層圏下部で生成た、今回の観測分子の選定は2018年に出版さされる分子は他にも存在する可能性があり、れたシミュレーション論文に基づくものであ

今後の大気化学シミュレーション研究や、そり、地上望遠鏡による機動的な研究テーマ設れをもとにしたアルマ望遠鏡など多くの望遠定を実現したものです。

鏡群を用いたさらなる観測研究につながるこ

今回の観測データはアルマが較正用に取得とが期待されます。さらに、今回のように同したデータであり、同様の目的で取得された

位体比を用いた大気化学プロセスへのアプ

タイタンの観測データは無数に存在します。

ローチは、生成プロセスの不明な窒素化合物

研究チームは、家庭用の標準的なパソコンがを持つ他の惑星（特に木星・海王星）の大気持つハードディスクの100～1000倍に達する

化学の理解につながる一歩になると考えられ

500 TB（テラバイト）もの巨大なハードディます。

スクを本研究のために整備し、莫大なデータ
量の較正観測データ（ビッグデータ）から科学解析に利用可能な有意義なものを抽出しました。さらに電波の特徴（スペクトル形状）の高度に情報科学的な解析から、大気分子の●論文掲載情報
Iino, T., Sagawa, H., & Tsukagoshi, T.: 2020,
14 N/ 15 N Isotopic Ratio in CH CN of Titan’s
3
Atmosphere Measured with ALMA, ApJ, 890, 95.

11

臨終間近の老星でアルマ望遠鏡が捉えた
双極ジェットを吹き出す瞬間

今井 裕（鹿児島大学）「

宇宙の噴水」と呼ばれる稀有な天体

太陽程度の質量を持つ星は、その終末に大きく膨らんで赤色巨星となり、ガスを噴き出して惑星状星雲★01として短期間輝いた後、芯（白色わい星）を残して一生を終えます。
元の星は真ん丸いガス球なのに、多くの惑星て減速される代わりに、ジェットに引きずら★ newscope ＜解説＞

れた星周縁の内側が、より広角度で外側へと★01 惑星状星雲

加速されます。そして、物質を掃き寄せて繭

赤色巨星が自身のガスを激しく撒き散状の形を作っていくのです。

終末星からのジェットは連星系から作られる？

らした後に、高温の星の芯がむき出しになる。この星（白色わい星）からは強力な紫外線が放出され、照射を受けたガスは激しく加熱されて電離してしまう。電離したガスは発光星雲つまり惑星状星雲となる。この様な星雲が緑かかった惑星に見えるところから、状星雲は多様な形状を持っています。その形

この様な細く絞られたジェットの根元には、どうやって生み出されるのでしょうか。

は、連星系があると提唱されてきました。ま

私たちは、惑星状星雲を作る直前の終末星にず、先に進化が進んだ星（伴星）から吐き出

注目しています。これらのごく一部に、高速される物質が、もう1つの星（主星）の周り度で吹き出されるガス流（ジェット）の存に取り込まれます。次に、主星が赤色巨星へ在を示す水メーザー★02が見つかっています。

と進化すると、極小の伴星に向かって主星か

これらは、水メーザーにちなんで「宇宙の噴ら物質が逆流します。こうして最近、伴星水」と呼ばれています。この様な天体では、からジェット噴出が始まったのではないか

高速ジェットが星周縁★03のガスを撃ち抜いと、考えられます。この様な連星系中にあるて変形させていくはずです。この星周縁はや２つの星を、まだ見分けられません。ただし、がて、星からの照射を受けて惑星状星雲としジェットのガス塊が連星軌道周期と同じと思て光るガスの分布の原型になることでしょう。

われる5—7年に一度の頻度で「間欠泉」の如

しかし、その原型は実際どんな形になっていく吹き出すことが、アルマの観測で確認できるのか、そもそもこの様な高速ジェットがどました（図02）。この連星系の真の姿、そしうやって作られるのかについて、多くの謎がて、ジェットが星周縁を貫いて星からの光がウィリアム・ハーシェルによってその名称が与えられた。

★02 水メーザー
高密度ガス中の水分子が作り出す、増幅されかつ指向性を高められた強力な電波放射。レーザーの電波版。あるガスの塊が別のガス塊に激しく衝突する
場所で発光する。この水メーザーの周
波数は22GHz。

あります。ただし、発達した分厚い星周縁に覆われたこの中にあるジェットを作る星を、直接見ることはできません。

ルマ望遠鏡が捉えた「極細」
・
ア「低温」高速ジェット
私たちはアルマ望遠鏡を使って、「宇宙の噴水」天体の１つである W43A を観測しました。結果、水メーザーの観測だけでは分からなかった、ジェットの“真の姿”を捉えました。図01に示す通り、双方向に細く飛び出した、低温度（約100 K）の高速（約100 km/s）
ジェットが鮮明に写っています。ジェットの噴出が始まってわずか60年しか経過していません。終末星が星周縁をまとう期間は数万年ですが、その最後の瞬間ジェットによって撃ち抜かれていく、まさにその状況を捉えています。高速ジェットが分厚い星周縁によっ12

図01 アルマで撮像された W43A の合成像。青色・緑色：ジェット中で光る一酸化炭素 (CO)
分子輝線 ( 周波数230 GHz) のうち、それぞれ最高速度 ( 毎秒100 km) で飛び出す成分とそれ以外の低速度成分。オレンジ色：元々 W43A を丸く取り囲んでいた星周物質縁のうち、もっとも分厚
く加熱された部分にある塵からの放射。(Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tafoya et al.)

直接見られる頃の W43A の姿を近い将来拝むことができるのではと、期待する所です。
●論文掲載情報
Tafoya, D., et al.: 2020, Shaping the envelope of
the asymptotic giant branch star W43A with acollimated fast jet, ApJL, 890, L14.

★ newscope ＜解説＞
★03 星周縁赤色巨星自身がガスを激しく撒き散らして形成する、星周
囲 (1000天文単位程度以内 ) を取り巻く分厚い物質の取り巻き。赤色巨星は太陽の明るさの数1000倍で光る。しかし、あまりの星周縁の光学的分厚さの為に、星自身が可視光線では隠されて見なくなってしまうこともある。
「宇宙の噴水」天体はこの様な発達した星周縁を伴った星の進化段
階を経る天体で作られると考えられている。

図02 細く伸びた双極ジェット内部の CO 輝線分布（青及び赤色）と水メーザースポット群（水色）の分布を重ねたもの。オレンジ色の濃淡は図01と同じもの。ジェットの中のガスの塊それぞれにラベルが記されている。(Credit: Tafoya et al., 2020, ApJL, 890, L14)

太古の宇宙におけるブラックホール
ジェットと星間ガスの衝突を初観測

井上開輝（近畿大学）

アウトフローの謎
ほとんどの銀河の中心には、巨大ブラック
ホールが存在しています。ブラックホール周辺から噴き出すジェットはその周囲に存在する銀河内の星間ガス雲と衝突し、星の材料となる大量のガスを押し出す流れ（アウトフロー）を作り、巨大ブラックホールを包み込む銀河
全体の進化に大きな影響を与えると考えられています。しかし、そのような大量のガス流出を引き起こす原因は、ブラックホールを取り巻く円盤から放たれる強い光であるかもし
れず、ジェット、光のどちらが主要な駆動メカニズムなのか未だ解明されていません。

重力レンズクエーサー
MG J0414+0534
私たちは、100億年以上昔の銀河でどのよ
うにジェットが星間ガス雲に影響を与えていたのかを探るため、地球から110億光年の距離にあるクエーサー MG J0414+0534 ★01 に注目しました。MG J0414+0534は、「重力レ図01 アルマ望遠鏡で観測したクエーサー MG J0414+0534の疑似カラー画像。オレンジ色
が塵と高温電離ガスの分布、緑色が一酸化炭素分子ガスの分布を表しています。重力レンズ効果
によって弧状に引き延ばされています。
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue et al.

ンズ効果」を受けている天体としても知られ13

ています。MG J0414+0534と地球との間に存在する別の銀河と、それを包み込むダーク
マターの塊による重力がレンズの役割を果た
し、MG J0414+0534が放つ光の経路が大きく曲げられ、4重に分裂し、個々の像も本来の像に比べ拡大しているのです（p13・図01）。

若いジェットと星間ガス雲の衝突
今回のアルマ望遠鏡による観測で、私たちは MG J0414+0534の高解像度撮影に成功しました。さらに、重力レンズ効果を精密に調べ、拡大される前の4重像を合成し、本来の銀河の姿を再現しました。解析の結果得られた110億光年先の銀河の姿は、クエーサーの中心部に、チリやプラズマガスが放つ明るい部分があり、その左右に星間ガス雲の成分である一酸化炭素分子ガスが分布している、というものでした（図02）。また一酸化炭素分子が放つ輝線スペクトルを詳しく調べると、ジェットに沿って星間ガス雲が秒速600 kmにも達する速さで激しく運動していることが明らかになりました。これは、超巨大ブラッ
クホールが放つジェットが周囲にある星間ガ

図02

アルマ望遠鏡で観測したデータをもとに、クエーサー MG J0414+0534が重力レンズ効果を受ける前の本来の姿を再構成した疑似カラー画像。オレンジ色が塵と高温電離ガスの分
布、緑色が一酸化炭素分子ガスの分布を表しています。一酸化炭素分子が、明るい銀河中心核から吹くジェットに沿って分布していることがわかります。
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue et al.

ス雲と衝突し、比較的高温のガス雲が激しく揺さぶられていることを示している、と私た
ちは考えています。

これらの成果は、銀河の進化初期において超巨大ブラックホールが放つジェットがどのしてジェットと星間ガス雲が衝突している領

ように星間ガス雲に影響を及ぼし、どのよう域の大きさです。これらは、ジェットが吹きに銀河の巨大ガス流出が引き起こされるのかす。この天体の赤方偏移 ( 光の波長の出し初めてから数万年程度しか経っていないを明らかにする手掛かりになるでしょう。

伸び率 ) は z=2.639です。これをもとことを示しています。ジェットが吹き続ける
期間は数千万年程度であると考えられていることから、このジェットは相対的に「若い」といえます。さらに MG J0414+0534の観測的な特徴は、理論シミュレーションによって予言されていた若いジェットと相互作用する
星間ガス雲の性質と良く一致していました。

14★ newscope ＜解説＞さらに注目すべきは、ジェットの長さ、そ★01 MGJ0414+0534は、地球から
みるとおうし座の方向に位置していまにプランク衛星の観測から得られたパラメータを用いて MGJ0414+0534が●論文掲載情報
Inoue, K. T., et al.: 2020, ALMA 50-parsecresolution Imaging of Jet–ISM Interaction in
the Lensed Quasar MG J0414+0534, ApJL, 892,
L18.

光を発したときの宇宙年齢を計算し、パラメータの不定性も考慮して距離を110億光年としています。

新型コロナウイルス感染症に関連した対応について●望遠鏡運用状況●（6月上旬現在）
・アルマ山頂施設・山麓施設 → 閉鎖（滞在人員を削減し観測所維持）・ASTE 望遠鏡2020年度共同利用の中止（7月、8月に予定されていたもの）●水沢 VLBI 観測所（岩手県）
・VERA4局 → 通常運用中●野辺山電波観測所（長野県）
・45 m 電波望遠鏡共同利用→ 2019-2020シーズン（Semester2019）の共同利用観測の早期終了●ハワイ観測所（ハワイ）
ハワイ州方針のもと・山頂施設、ヒロ山麓施設
・すばる望遠鏡→共同利用観測をハワイ時間（HST）5月18日から再開●ハワイ観測所 岡山分室（岡山県）
・京都大学3.8 m せいめい望遠鏡 → 通常運用中●重力波プロジェクト推進室 神岡分室（岐阜県）
・KAGRA 観測 →4月下旬からサスペンド状態最低限の維持以外は基本的に禁止。
●アルマプロジェクト・チリ観測所（チリ）
チリ政府方針のもと【研究者支援】
海外のポジションを得て渡航予定であった天文分野の研究者で、新型コロナウイルス感染症流行の影響により海外に渡航ができなくなったため、ポジションが途切れてしまう者、研究場所が確保できていない者を特別客員研究員として受け入れ。

新型コロナウイルス感染症に関連した対応について●施設公開等●（6月上旬現在）
新型コロナウイルス感染症の感染拡大を防ぐため、国立天文台の施設公開、定例公開、イベント等の一部を中止いたします。
再開につきましては、国立天文台のウェブサイトや SNS にてご案内いたします。みなさまのご理解、ご協力をお願いします。
また、国立天文台に業務でご来訪されるみなさまにおかれましては、下記のことをお願いいたします。
● 新型コロナウイルス感染者との濃厚接触が判明している場合や、その恐れがある場合は、ご来訪をお控えください。
● 咳や発熱などの症状がある場合は、ご来訪をお控えください。
● マスクや手洗いなど、各自で十分な防護策をお取りください。
★くわしくはhttps://www.nao.ac.jp/notice/20200226-coronavirus.html

をご覧ください。

編 集後記
息子（小1）の学校も徐々に登校日が増えてきました。「新しい生活様式」での学校で、新しいお友達ができるかなと気になりますが、気長に見守ります。
（G）
先日仕事から帰宅するとポストにマスク2枚が！

岩手は年内くらいかと思っていたので想像以上に早く届いてびっくりしました。大切に使います。
（は）子どもの学校も学童クラブも始まって、久しぶりの職場。大きな画面って素晴らしい。でも、熱中症注意。
（I）
Zoom を通じたオンライン講演にトライ。ふつうの部屋の明かりでは少し顔が暗いので、お手頃価格のライトを購入した。出番はあと何回あるかな。（h）
在宅勤務から復帰して最初の1週間は、体力と精神力が明らかに落ちていてどっと疲れがでた。この先まだどうなるか見えていないことも精神をすり減らしている原因かもしれない。（K）
規制が緩み、行きつけの店もお客さんが戻り始めた。金曜には満席に。店にとっては良いのだろうが、客が少ない中でゆったり出来る時間が無くなっていくのもやや寂しい。
（W）
中止になったドイツでの滞在型国際研究会がオンラインでの部分開催になりました。講演開始は日本時間で午後11時半。移動できないと時差が効いてきます。
（e）

NAOJ NEWSNo.323 2020.06
ISSN 0915-8863© 2020 NAOJ

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発行日／ 2020 年 6 月 1 日
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国立天文台ニュース編集委員会● 編集委員：小久保英一郎（委員長・天文シミュレーションプロジェクト）／渡部潤一（副台長）／石井未来（TMT 推進室）
／秦 和弘（水沢 VLBI 観測所）／勝川行雄（SOLAR-C 準備室）／平松正顕（アルマプロジェクト）／伊藤哲也（先端技術センター）● 編集：天文情報センター出版室（高田裕行／ランドック・ラムゼイ）● デザイン：久保麻紀（天文情報センター）

7月 号 の 研 究 ト
ピックスは、スーパーコンピュータ「アテルイⅡ」の数値シミュレー
ションで描き出す巨大ブラックホールの種となる星たちの形成メカニ
ズムに迫ります！

次号予告

国立天文台ニュース★国立天文台ニュースに関するお問い合わせは、上記の電話あるいは FAX でお願いいたします。
なお、国立天文台ニュースは、https://www.nao.ac.jp/naoj-news/ でもご覧いただけます。

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すばる望遠鏡
HSC Cosmic Gallery

03 SDSS J0232.8-0323
田中賢幸（ハワイ観測所）

No. 323

SDSS

遠方の天体からの光は前景の天体の重力の影響を受けている。その作用がとりわけ強い場合を、強い重力レンズ効果と呼び、背景天体はしばしば大きく引き伸ばされ、ゆがんだ形をしている。背景天体が前景天体のほぼ真後ろに来ると、円を描くように歪められ、アインシュタインリン
グと呼ばれる。この天体は SDSS の画像で発見され、アインシュタイン
リングに近い形をしている。Stark et al. 2013 (MNRAS, 436, 1040) による分光観測で、中心のオレンジ色をしたレンズ天体が赤方偏移 0.45、ほぼ円状に歪められた背景天体は赤方偏移 2.52とわかっている。HSC の威力は比較に示した SDSS 画像と比べることでお分かりいただけるだろう。

★HSC：すばる望遠鏡「超広視野主焦点カメラ（Hyper Suprime-Cam/ ハイパー・シュプリーム・カム）」★HSCの観測データを活用した市民天文学プログラム「ギャラクシークルーズ」もお楽しみください。

https://galaxycruise.mtk.nao.ac.jp/