大阪府立大学

本学の電波望遠鏡による日本初の230GHz電波干渉計実験観測に成功

更新日:2015年6月5日

本学の電波望遠鏡による日本初の230GHz電波干渉計実験観測に成功
―ブラックホール観測に向け、一歩前進―

本学理学系研究科 宇宙物理学研究室は、 山口大学、国立天文台(NAOJ)、宇宙科学研究所(ISAS)、情報通信研究機構(NICT)、茨城大学、京都大学との共同研究により、日本初となる230GHz帯VLBI (解説1)観測実験を成功させました。同研究室は、国立天文台の協力のもとで230GHz帯電波望遠鏡、「OPU1.85m望遠鏡」(解説2)および「SPART10m望遠鏡」(解説3)を開発・運用しており(図1)、このたびこれらを基地局として実験を行いました。

ブラックホール(解説4)は、光さえも捕らえて離さない、超重力の天体としてよく知られておりいくつかの手段によってその存在が間接的に確認されてきました。しかしながら、ブラックホールの存在を直接確認する事は未だに成功しておらず、重要な研究分野の一つとなっています。

ブラックホールの存在を明確に証明するには、電波干渉計(VLBI)によってブラックホールが存在する事を確かめる手法が有力です。VLBIでは扱う電波信号の周波数に比例して、対象をいかに細かく識別できるかを表す指標である角度分解能(解説5)が向上し、ブラックホールの検出のためには230GHz以上が必要になると計算されています。ところが、国内でのVLBI観測の実績は86GHz程度までと低く、世界水準と比べて遅れをとっていました。

全日本規模のVLBI天文学の力を結集したことによる本成果は、国内のVLBI技術水準を急激に引き上げ、ブラックホール検出という世界的な研究分野に対して日本が大きく貢献できるようになるきっかけになると言えます。

なお、本研究成果について、2015年6月5日(金)に山口大学にて記者説明会が行われ、本学小川英夫特認教授も出席しました。

山口大学Webサイト「日本初、230GHz帯VLBI実験に成功!」

(図1)国立天文台野辺山観測所におけるVLBI観測

(図1)国立天文台野辺山観測所におけるVLBI観測

野辺山宇宙電波観測所の一角に1.85m望遠鏡・SPART望遠鏡が約150mの距離で設置されており、それぞれの観測結果を上手く足し合わせる(干渉させる)ことで、極めて高い角度分解能を得る。

研究分担内容

本学宇宙物理学研究室が長野県南牧村 国立天文台 野辺山宇宙電波観測所にて開発・運用しているOPU1.85m・SPART電波望遠鏡は、230GHz帯での天文観測を国内で行うことが出来る唯二つの望遠鏡です。これらは共に超伝導を利用した超高感度・極低ノイズの電波検出器を搭載しているため(図2)、230GHz帯という従来の3倍近くも高い周波数でのVLBI観測が可能となりました。

本共同研究は、山口大学他いくつかの研究機関の協力のもとで、OPU1.85m・SPARTの2台の電波望遠鏡を用い、NICT、ISASが開発した230GHz帯VLBIに必要となる超高速記録 装置・相関処理ソフトウェア技術を、各機関の研究者・技術者がそれぞれの望遠鏡に導入し結果を解析するという全日本規模での共同実験を行ったものです。実験当日においては、本学は2台の望遠鏡の受信機状態の調整・各機器の導入・天体追尾プログラムの更新などを担当しました。

(図2)1.85m望遠鏡の最新鋭超伝導受信機

(図2)1.85m望遠鏡の最新鋭超伝導受信機

1.85m望遠鏡には、本学宇宙物理学研究室で開発した世界最高レベルの性能を誇る両円偏波分離器、導波管型周波数分離フィルタ、高方向性結合器、超伝導周波数混合器(SIS-Mixer)を搭載している。これらのコンポーネントは、230GHz帯VLBIでの利用を念頭に置いた設計がなされており、台湾中央科学院がグリーンランドに建設中のVLBI用望遠鏡“GLT”への搭載が決定している。

用語解説

解説1 VLBI(Very Long Baseline Interferometer、超長距離基線干渉計)

電波望遠鏡を用いた電波信号の観測手法としては、一つの望遠鏡で観測が完結する単一望遠鏡観測と、複数望遠鏡の観測結果を足し合わせる(この操作を干渉という)電波干渉計という2種類の手法がある。電波干渉計のうち特に観測機器を直接接続せず、離れた場所で原子時計・GPSを用いた極めて正確な時刻合わせを行った上で干渉計を構築することを VLBIという。

VLBIの角度分解能は、構成する望遠鏡間の最長距離(最長基線という)、および観測周波数に比例して高くなり、例えば最長基線1000km、230GHzの場合ではおよそ300マイクロ秒角‐1千万分の1度を分解することが出来る。一方で感度(どれだけ弱い信号を検出できるか)については、2台でのVLBIでは極めて低いが、構成する望遠鏡が多くなるほど高くなっていく。ブラックホールを検出するためには、多くの望遠鏡の協力が必要になる。

解説2 OPU1.85m望遠鏡

解説3 SPART10m望遠鏡

解説4 ブラックホール

ブラックホール(またはコラプサー)とは、極めて高密度・高質量のため光さえも脱出することができないたいへん強い重力を持った天体である。ほとんどすべての銀河の中心には、巨大なブラックホールがあるといわれており、銀河・恒星および惑星の形成に対して重要な役割を果たしていると考えられている。また、ブラックホール付近では事象の地平線・重力の特異点といった、通常の物理法則が通用しないような現象が予言されている。

解説5 角度分解能

ある観測装置が、対象をどれだけ細かく識別することが出来るかをあらわす指標である。人間の目の「視力」も角度分解能で定義されており、視力1.0は1分角=1/60度を識別できる状態である。VLBIの場合、観測波長と基線長(望遠鏡間の距離)の比となるため極めて高い角度分解能となる。

関連リンク

お問い合わせ

大阪府立大学大学院 理学系研究科 宇宙物理学研究室

担当 小川 英夫 特認教授、前澤 裕之 准教授

Tel 072-254-9726、072-254-76742