宇宙人探しの電波観測で、銀河の中心に「1秒に122回転する星」の候補

編集・パクト

パルサーとは、猛スピードで回転しながら電波を放つ天体だ。まるで宇宙の灯台のように、一定間隔で電波のビームを地球に向けて送ってくる。

今回話題になっているのは、1秒間に約122回という速さで自転している天体の候補だ。観測は、天の川銀河の中心にある巨大ブラックホール「いて座A*」の方向に向けて行われた。

ただし論文の著者たちは、この信号を確定した発見としては扱っていない。その理由も含めて見ていこう。

パルサーって何? 宇宙の灯台の正体

パルサーの正体は中性子星

パルサーの正体は、大質量の恒星が一生を終えたあとに残る、密度の高い天体「中性子星」だ。強い磁場をもち、電波を集めたビームとして出している。

規則正しいパルスが「宇宙の時計」になる

ビームが地球の方を向くたびに、観測者には規則正しいパルス(点滅)として届く。外から力が加わらなければパルスの到着間隔はきわめて一定で、パルサーは正確な「宇宙の時計」として働く。

回転が特に速いミリ秒パルサーは、時計としての安定度がさらに高い。

ブレークスルー・リッスンの銀河中心探査

この候補は、地球外知的生命の探査を進める研究計画「ブレークスルー・リッスン」のデータから見つかった。

同計画は銀河中心に向けて、文明の痕跡となりうる人工信号(テクノシグネチャー)とパルサーの両方を探している。

観測にはアメリカのグリーンバンク望遠鏡(GBT)を使い、周波数8〜12ギガヘルツのXバンドで行った。電波の散乱は周波数が高いほど弱まるため、銀河中心の探査ではこの高い周波数が有利になる。

2021年5月から2023年12月までに、直径約8分角の銀河中心バルジ全体で計9.5時間、中心の約1.4分角の領域で11時間のデータを集めた。

論文は、この中心部の長時間観測を、銀河中心のこれまでの探査で最高の感度としている。研究は、博士号を取ったばかりのコロンビア大学のカレン・I・ペレス氏が率いた。

周期は8.19ミリ秒

候補の周期は8.19ミリ秒で、1秒あたり約122回転にあたる。論文はこれをミリ秒パルサー(MSP)の候補として扱っている。

検出された5,282個の信号候補のなかで、論文が注目したのはこの1つだ。

分散量(DM)は約2,775 pc/cm³で、銀河中心にいちばん近い既知の中性子星(磁星PSR J1745−2900、DM 1778)より大きい。

ただ、銀河中心の内側にある天体として説明できる値だという。電子密度モデルNE2001からは距離約8.59キロパーセクと推定され、いて座A*の付近と矛盾しない。

また、最初に捉えた1時間のスキャンでの周期の変化率から、視線方向の加速度は約−0.45 m/s²(観測者に向かう向き)と求められた。

論文は、これが連星の可能性を示すかもしれないとしつつ、暫定的な値と断っている。

なぜ「発見」と言い切らないのか

もう一度、見つけられなかった

候補を捉えたのは、2022年6月の長時間観測の最初の1時間スキャンだけだった。続く4回の1時間スキャンでも、より感度の高い別の受信機を使った後日の観測でも、同じ信号は再検出できなかった。

信号の有意性は高くなく、折りたたんだパルス波形は細く、検出のしきい値に近かった。ランダム化テストでは、ノイズだけでこの候補ほどの特徴が現れる確率は約100万分の1と見積もられた。

それでも論文は、天体由来だと主張するにはもっと強い証拠が必要だと述べ、著者自身がこの候補にかなり懐疑的だと書いている。

確定にも棄却にも、追加の検証と観測が必要だという。

銀河中心は、パルサー探しにとって難しい場所だ。星がぎっしり詰まっていて、星間物質による電波の散乱(多重経路でパルスが時間方向ににじむ現象)が強い。

散乱は周波数の4乗に反比例して効くため、この研究は高い周波数のXバンドを使った。ただし散乱の強さには不確かさが大きい。

論文によると、強い散乱が成り立つ場合は、最も感度の高い2時間観測でも検出できるのは周期がおよそ0.2秒より長いパルサーだけになる。

再検出できなかった理由として、論文は複数の可能性を挙げている。

連星の軌道運動で周期が変わり続けること、連星の相手の星による食、星間物質による屈折性シンチレーションで明るさが変わること、パルサー自身の発光が数日間止まることなどだ。

論文はどれが当てはまるかを決めていない。直後の追観測のデータには、感度の低下や機器の問題は見つからなかった。

もし本物なら、何がすごいのか

時空をはかる究極の物差し

天の川の中心には、太陽の約400万倍の質量をもつ超巨大ブラックホール「いて座A*」がある。論文が使う距離は約8.2キロパーセク(約2万7千光年)だ。

いて座A*の近くの軌道(公転周期がおよそ1年以下)を回るパルサーを見つけ、パルスの到着時刻を追い続けられれば、ブラックホールの質量やスピンを測り、一般相対性理論を精密に検証できるという。

発表によると、共著者でコロンビア天体物理学研究所の研究科学者スラヴコ・ボグダノフ氏は、パルサーに働く外からの影響について「大質量天体の重力のような影響は、パルスが一定間隔で届くことに乱れを生じさせ、その乱れは測定してモデル化できます」と述べている。

パルスが非常に重い天体の近くを通るときは、時空のゆがみで進路が曲げられたり、到着が遅れたりすることもあり、これは一般相対性理論の予言どおりだという。

いて座A*から1パーセク以内では、これまでに検出されたパルサーは磁星PSR J1745−2900だけだ。

次に近い既知のパルサーは、12〜18分角(投影距離で約30〜40パーセク)離れている。

ただし、この候補が本物だと確かめられたわけではない。論文によると、2024年1〜2月にGBTで追加の12時間の追観測が行われ、結果は別の論文で報告される予定だ。

米国の電波望遠鏡VLAでも、8.37時間の観測が行われている。発表によれば、研究者たちは追観測のデータを解析して、候補が本物かどうかを調べている。

ペレス氏は「この候補について、追観測で何がわかるのか楽しみにしています」と話す。 論文は、今後の探査では単発の超深観測より、定期的で高頻度の観測を優先するよう提案している。

ブレークスルー・リッスンは、研究者が独自に解析できるよう、このデータを公開している。