名古屋大学 天体物理学研究室 (A研)
でん ぱ

う ちゅう

れき し

電波でさぐる宇宙の歴史

電波とは？ 電波天文学とは？ ここでは、電波天文学の “超” 入門編をご紹介します。

私たちが電波望遠鏡をつかってあきらかにしてきた最新の「太古の宇宙像」もご紹介します。

電波天文学 “超” 入門✴ 電波とは、電磁波の一種です。光や赤外線、X線のなかまです。
✴ 波長が 0.1ミリよりも長い電磁波を、すべて電波と呼びます。とくに、波長が 1~10ミリの電波を「ミリ波」、ビッグバンのなごりである
宇宙マイクロ波背景放射0.1~1ミリの電波を「サブミリ波」と呼びます。
✴ 電波天文学では、宇宙の開闢 (かいびゃく) や、星・惑星・銀河の誕生、さまざまな物質の輪廻を研究しています。宇宙からやってくる電波には、こうした天体からのかすかな情報が織り込まれています。

初期宇宙で誕生・進化する銀河▶ 宇宙の開闢 (かいびゃく)、銀河の誕生、星や太陽系の起源とその死、ブラックホールのふしぎ、そして生命材料のもととなるさまざまな分子。これらはみな、電波天文学の研究対象です。電波天文学は、わたしたち生命がいったいどこからどうやって生まれてきたか、そしてどこに行くのか、その答えを教えてくれるかもしれません。

星形成領域や原始惑星系円盤

電波望遠鏡はタイムマシーン✴ あなたが望遠鏡を使って遠くの星を観測すると、それはその星の過去のすがたを見ていることになります。

✴ とくに、サブミリ波望遠鏡を使えば、星・惑星そして銀河が誕生する前のすがた、つまりガスや星間塵 (ダスト) がみえてきます。

晩期型星の質量放出や超新星残骸✴ サブミリ波望遠鏡を使うと、宇宙誕生後、数十億年の時代までさかのぼれます。
▼ 宇宙の歴史の模式図。(提供：国立天文台)

星間空間のさまざまな分子みえてきた最新の「太古の宇宙像」
観測史上最遠方の “銀河” を発見
サブミリ波望遠鏡「アルマ」
をつかって、133億年前の宇宙からやってきたかすかな酸素の光をとらえることに成功しました。ビッグバン当初には存在していないはずの酸素が、この銀河のなかで誕生する星々によって合成されているのです。

アルマ望遠鏡がとらえた観測史上最遠方の銀河が放つ "酸素の光"

巨大ブラックホール周囲の高エネルギー現象

モンスター・アインシュタインリング
視力 2,000 という超高解像度をほこるアルマ望遠鏡が、117億光年かなたで爆発的に星を生み出す銀河、通称 “モンスター銀河” のすがたをとらえました。この銀河は、アインシュタインが予言した ”重力レンズ効果” によってその姿がリング状にゆがめられ、拡大されていることがわかりました。アルマと重力レンズの合成視力は、なんと視力 13,000。人類が目にしたことのない超高解像度で、銀河の誕生のなぞが解き明かされようとしています。
アルマ望遠鏡がとらえたモンスター銀河
SDP.81 のすがた

アルマ望遠鏡Credit: ALMA(NRAO/ESO/NAOJ)/Y. Tamura (UTokyo)

電波
天文学って？

A

天体物理学研究室
Laboratory

名古屋大学大学院 理学研究科 研究室紹介

鏡望遠
電波

Photo by Hidetoshi SANO

水素原子ガス
水素分子ガス（ 分子雲 ）

白色矮星

ブラックホール

電波で何が見える？

中性子星( パルサー )原始星

T タウリ型星

赤色超巨星

惑星状星雲

超新星爆発
（ 超新星残骸 ）

赤色巨星

主系列星
福井康雄著「大宇宙の誕生」より一部改変

分子雲

星間塵（ダスト）

高温のガス

ブラックホール

分子雲

A 研は 2004 年よりチリ共和国のアタカマ砂漠にて、4 m の電波望遠鏡「NANTEN2」（上写真）をドイツのケルン大学などと共同で運用しています。この NANTEN2 は、かつて同国にて 1996 - 2004 年の間観測を行ってきた「なんてん」望遠鏡（左写真）を改良・移設したものです。小口径ながらもその観測視野の広さを生かして、これまでに天の川銀河の広域観測や大小マゼラン雲の全面観測を行ってきました。
現在は個別天体の観測と並行して、全天の超広域分子雲サーベイ計画
NASCO（ NANTEN2 Super CO Suevey as Legacy ）の完 遂に向けた、新たな観測装置の開発などを行っています。

2ENNTNA

なんてん望遠鏡

電波で探る星の一生

私たちのすむ銀河系は、星形成活動によって進化してきました。
水素やヘリウムしか無かった宇宙初期から、現在のような多様な物質で構成される宇宙に進化したのも、星の誕生と死の繰り返しの結果です。
星は、星の存在しない空間の物質（星間物質）から生まれ、その生涯を終えると星間物質に帰ります。そのような星の材料である星間物質の性質を電波を用いて調べることができます。

NANTEN2
主鏡直径 : 4 m
光学系：カセグレン - ナスミス
所在：チリ共和国 アタカマ砂漠（ 標高 4862 m ）はじめに：電波で見える宇宙

この宇宙のほとんどの物質はその温度に応じた電磁波を出しています。私たちの体はもちろん、宇宙にある天体も例外ではありません。電磁波の中で、波長が約100 マイクロメートルよりも長いものを電波と呼びます。電波天文学では、目では見えない天体を電波を用いて観測する

Tokuda et al. 2019

Sano et al. 2017(34(,:65(6159(6CMB（宇宙背景放射）NASA, WMAPEHT Collaboration

メーザー天体（ maser ）(34(,:65(6159(6

私たちが進める科学研究は、NANTEN2 や ALMA などを用いた電波による観測を主とします。加えて、可視光や赤外線などの他波長のデータとの比較を通して、天文現象を観測的に解明しています。

アタカマ砂漠って ?

南大

研究

科学西洋

南大

西洋

チリ共和

国SC

IE

NC

E

南米大陸の西側を縦断するアンデス山脈は、標高 5000 m 級の山々がそびえています。アタカマ砂漠
はそのアンデス山脈と南太平洋に挟まれた砂漠で、平均標高はおよそ 2000 m です。NANTEN2 もア
分子雲探査
タカマ砂漠に設置されていて、標高は 4862 m です。このアタカマ砂漠は、年間の降水量が 10 mm
電波で見る天の川銀河の姿
電波で見る天の川銀河は、私たち以下という「世界で最も乾燥した地域」として知られています。また気圧も、その標高の高さから電波の目で見えるそれとは全く異なりま地 上 の 半 分 である 550
アタカマ砂漠の星空
アタカマ砂漠南太平洋す。電波でのみ見ることができる分子雲
アタカマ砂漠hPa 程度です。
アントファガスタ州
南米大陸
は星の材料となるため、それがどこに、ど赤外線
アタカマ砂漠には、乾のくらいあるのか、その中でどのように星燥した 気 候・高 い 晴 天
首都サンティアゴ
が誕生するのかを知ることは非常に重要です。
率という恵まれた観測条
サンティアゴ( 首都 )
件 を 求 めて、国 立 天 文
大質量星形成台 の ASTE 望 遠 鏡 やオリオン座分子雲
オリオン大星雲
銀河の基本的な構成要素は星（恒星）です。 背景：可視光
ALMA など世界中の多く
前景：分子雲星の中でも特に、太陽の 8 倍以上の質量を持つもの望遠鏡がこの地で運用のを大質量星と呼びます。この大質量星は一生を通されています。
南極
して周囲の空間に大きな影響を及ぼします。しかし、それらがどのような過程を経て、母体の分子雲から生まれるのかは、未だに解明されていません。私たちは分A 研では、科学研究と並行して、NANTEN2 を運用する上で必要不可欠な開発研究を行っています。主に天体のデータを取得ための受大小マゼラン星雲（ 銀河 ）信機、望遠鏡を動かすためのソフトウェア開発です。
マゼラン雲は、太陽系から 16 - 20 万光年の距離にある、大小二つの矮 大マゼランの分子雲
Photo by Akio OHAMACISCO, Subaru 8.3-m Telescope, NAOJ

名古屋大学

研
開発

ハードウェア開発

背景：可視光

小銀河で、銀河系の周りを周回している伴銀河です。大マゼラン雲の中 前景：分子雲には 10 万個の星を含む、宇宙でも非常に珍しい「若い球状星団」が

究

電波望遠鏡に搭載されるデータの取得装置には、その特徴によっていくつかの種た。私たちの研究によって、水素ガス雲同士の衝突の痕跡が見つ類があります。NANTEN2 では一般のラジオかりました。約２億年前の大小マゼラン雲の近接遭遇で剥がされなどとよく似た、ヘテロダイン受信機と呼ばたガスが衝突して、巨大な球状星団が形成されたのです。同様
SNR Casiopea Aれるものが使用されています。天体からやっての現象は銀河系の形成初期にも起こったと考えられています。
くる電波は微弱なので、極限まで雑音を減らすた
宇宙線の起源
めに、受信機は冷凍機を用いて2͵ まで地球には常に宇宙からの高エネルギー粒子が常に降り注いでいます。これは宇宙冷却して使用します。
線と呼ばれていて、主な成分は光速度近くまで加速された陽子です。陽子が光速
現在は全天の超広域分子雲サーベイ計画 NASCO に向度まで加速されるメカニズムは、超新星爆発などの激しい爆発が最も有望と考けて、観測効率をこれまでの NANTEN2 の受信機の数十倍えられています。私たちは、ガンマ線画像と星間物質の比較研究によって、にする、新たな受信機を開発中です（ 右図：実際の受信機 ）。
宇宙線陽子の超新星爆発起源説の観測的検証を行なっています。
これらの受信機は、名古屋大学内の実験室にて研究員と学生が中心となって開発しており、仕様の決定・設計・試作・性能評価など様々な工程を経て最終的に NANTEN2 に搭載されます。

DE

名古屋大学

VE

Fukui et al. 2008

TENPM

LO

NASCO 受信機の実機

ソフトウェア開発

WebSites

ATION〒464-8602 名古屋市千種区不老町

FOM

開発中のアンテナモニター

現地作業の様子NANTEN2
Submillimeter Observatory

名古屋大学大学院
理学研究科 天体物理学研究室

名古屋大学理学部
理学研究科 広報誌
『 理 Philosophia 』- 出版物 -

『 なんてんに星を追って。』- TEL & FAX -福井康雄 著、2008 年 8 月

TEL : 052-789-2839
FAX : 052-782-3951- お問い合わせ -- 広報誌 -

名古屋大学
星の会会誌
『 Les étoiles 』- 所在 -

IN

電波望遠鏡は、アンテナ本体を駆動させるモーターや、データを取得する受信機など様々な装置によって構成されています。NANTEN2 では、それらの各装置を制御するソフトウェアを自作しています。天体を観測する上で重要なのは時刻精度と駆動精度です。特に駆動精度は、全体で10 トンもあるアンテナを数秒角の精度で動かす必要があるため、様々な工夫が必要です。これらを高精度に動かすために、私たちはプログラミング言語である Python を用いて、ほぼ全ての装置の制御をおこなっています。また、電波望遠鏡は昼夜問わず観測が可能なため、24 時間体制での観測が可能です。そのため、日本からの観測が可能なように、リモート観測システムも開発されています。これらのシステムがあってこそ、私たちは沢山の高品質なデータを効率よく長期間に渡って取得することができます。

Contact『 珍問難問 宇宙 100』

福井康雄 監修、東京新聞出版局、2008 年 10 月

A 研公式 HP

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www-admin@a.phys.nagoya-u.ac.jp『 宇宙 1002』

福井康雄 監修、東京新聞、2012 年 2 月『 銀河 : その構造と進化 』

Steven Phillipps 著、日本評論社、2013 年 12 月

『 サイエンス・ブック・トラベル 』
山本貴光 編、河出書房新社、2015 年 3 月『 ここまでわかった宇宙 100』

福井康雄 監修、KADOKAWA、2016 年 3 月

遠方銀河研究チーム
准教授 田村陽一 HP『 スーパー望遠鏡「アルマ」が見た宇宙 』
福井康雄 著・編、日本評論社、2016 年 9 月

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