史上最大のカメラが宇宙の初画像を公開

チリのアタカマ砂漠に位置する標高8,684フィートのセロ・パチョン山の頂上。乾燥した空気が世界有数の夜空観測に最適な条件を作り出しています。そこで、これまでに建設されたものとは一線を画す新しい望遠鏡が宇宙の探査を開始しました。1978年に暗黒物質の証拠を発見した天文学者にちなんで名付けられたベラ・C・ルービン天文台は、約200億個の銀河、天の川銀河の170億個の恒星、1,000万個の超新星、そして太陽系内の数百万個の小天体を発見すると期待されています。

「きっと、人々を驚かせる何かが見つかるはずです」と、ルービン天文台の主任科学者アンソニー・タイソンは言う。「それは、私たちには分からないので、言葉では言い表せない何かです。何か普通ではないものなのです。」

この膨大な天文データは、今年後半に開始予定の10年間にわたる宇宙と時間のレガシーサーベイ（Legacy Survey of Space and Time）から得られるものです。この望遠鏡から得られた最初の科学画像は本日公開されました。

ルービン氏による前例のない夜空の調査は、宇宙に対する私たちの理解を根本から変える可能性を秘めています。太陽系における惑星形成の初期段階で何が起こったのでしょうか？宇宙ではどのような種類の突飛な高エネルギー爆発が起こるのでしょうか？そして、科学者がダークエネルギーと呼ぶ謎めいた力は、実際にはどのように作用するのでしょうか？

「通常、これらの疑問の一つに答えるために望遠鏡やプロジェクトを設計することになります」と、ルービン・プロジェクトの科学チームメンバーであり、ワシントン大学教授でもあるマリオ・ジュリック氏は語る。「ルービンの強力な点は、コミュニティ全体にデータを供給し、これらの疑問を一度に全て解決できる、たった一つの機械を構築できる点です。」

この望遠鏡は、10年にわたる高解像度の宇宙動画を作成します。1日あたり約20テラバイト（Netflixのストリーミング再生3年分に相当）のデータを生成し、調査終了までに約6万テラバイトに蓄積されます。ルービン望遠鏡は、最初の1年だけで、これまでのすべての光学観測所のデータの合計を上回る量のデータを収集する予定です。

「これらの画像を処理するどころか、見ることさえ人間にはできないので、ほぼ完全に自動化されたソフトウェアスイートが背後になければなりません」とジュリック氏は言う。「ルービンが空から収集するピクセルの大部分は、人間の目には決して見えないでしょう。ですから、私たちはこれらの画像をすべて解析し、最も珍しい物体を識別するためのソフトウェアの目を構築する必要があるのです。」

他の太陽系からの小惑星、恒星を飲み込む超大質量ブラックホール、発生源不明の高エネルギー爆発など、これらの異常な天体には、宇宙の仕組みに関する秘密が隠されている。

「このような望遠鏡を1つ作るということは、特定の地域に4～5台の望遠鏡を建てるのと同じことです」とジュリック氏は言う。「でも、全部一度にできるんです。」

他に類を見ない望遠鏡

10階建ての建物に収容されているルビン天文台は、口径8.4メートルの主鏡と、史上最大となる3,200メガピクセルのデジタルカメラを備えています。望遠鏡は専用の架台上で回転し、30秒間の露出で空を撮影した後、すぐに別の位置に移動します。ルビン天文台は毎晩約1,000枚の画像を撮影し、3～4日ごとに南半球全体の空を非常に詳細に撮影します。

「これは驚くべき工学技術の成果です」と、ルビン天文台の光学機器を担当するプロジェクト科学者、サンドリン・トーマス氏は言う。

このような高速移動には、特殊でコンパクトな設計が求められます。他の望遠鏡では広い視野を得るために3枚の鏡が別々に使用されていますが、ルビン望遠鏡では3枚目の鏡が主鏡の中心に一体化されています。どちらも一枚のガラス板から作られ、鏡の内側と外側で異なる曲率を持つという、他に類を見ない課題が解決され、製作には7年もの歳月がかかりました。

このコンパクトな設計でも、350 トンの望遠鏡は回転すると自重でたわんでしまいます。

「鏡自体が少しずつ崩れ始め、望遠鏡の上部がたわみ始めます」とトーマス氏は言う。「小さなことですが、修正しないと画像に写ってしまうほどです」

これらの補正は、能動光学系を用いて行われます。能動光学系には、鏡の形状を調整するための鏡の背面に取り付けられたアクチュエーターと、副鏡とカメラの位置を調整するための「ヘキサポッド」と呼ばれる電気機械装置が含まれています。この能動光学系は、望遠鏡の移動に伴う重力変化だけでなく、温度変動やその他の摂動も補正します。

「そのためには、機械的にすべてをミリメートル単位の精度で配置することが必要です」とトーマス氏は言う。

惑星の歴史、殺人小惑星、そして影の巨人

ルビン天文台は運用開始から 3 年間で、現在知られている太陽系の天体の 10 ～ 100 倍を発見すると予想されています。

「太陽系について得られる情報は膨大な量になるでしょう」とジュリック氏は語る。「太陽系で最初の140万個の小惑星を発見するのに225年かかりました。ルービン探査機を使えば、次の140万個を1年足らずで発見できるでしょう。」

それらの小惑星のほとんどは、惑星形成の激しい過程で大きな天体から砕け散った古代の破片、つまり岩石や金属の破片である。

ここ数十年で、天文学者たちは私たちの太陽系が奇妙な存在であることに気づき始めています。他の多くの太陽系では、恒星の近くを巨大なガス惑星が周回し、その外側に小さな岩石惑星が周回しています。これは、私たちが太陽の周りで見ているものとは正反対です。

「太陽系の惑星は最初から現在の位置にいたわけではないことは分かっています」とユリック氏は言う。海王星はかつて太陽の2倍の距離にあり、他の巨大ガス惑星も同様に太陽に近い位置で誕生した。木星が別の巨大ガス惑星を太陽系から完全に追い出した可能性もある。

「これらすべては太陽系の初期に起こったことで、私たちはいつ、どのように起こったのかを知りたいのです」とジュリック氏は言う。太陽系の古代の破片に含まれる情報、つまり何百万もの小惑星、彗星、その他の小天体の位置、軌道、形状、大きさなどを用いることで、天文学者は惑星系の新たな歴史を書き記すことができる。「私たちは特定の破片に興味を持つ傾向はありませんが、500万個もの破片が見つかると、何が起こったのかについて多くのことを教えてくれます。」

しかし、数百万個ある小惑星の中には、特に注目を集めるものもある。太陽系の歴史とは全く関係のない、他の惑星系から来た来訪者で、母星から追い出され、偶然私たちの宇宙の近隣に飛来したものだ。そのような天体はこれまでに2つしか発見されておらず、「オウムアムア」と呼ばれるその一つは、これまで見られたどの天体とも全く異なる姿をしている。

「これは、実際に別の恒星系を訪れ、惑星やその構成物質を観察することに最も近い方法です」とジュリック氏は言う。ルービン氏は、こうした異星間物体を10個から120個ほど発見すると予想されている。「もし恒星間物体が通過していて、それがたまたま正しい軌道上にあるなら、（宇宙船を）打ち上げて迎撃することができます。それは素晴らしいことです。」

ルービン探査機の搭載により、直径140メートルを超える潜在的に危険な小惑星の既知の数も、約40％から80％に倍増することになる。この大きさは地球に衝突すれば、地域に壊滅的な被害を与えたり、壊滅的な津波を引き起こしたりするほどだ。

ルービンが太陽系で成し遂げられるであろう最もエキサイティングな発見は、おそらく第9惑星の存在を確証するか、あるいは否定するかだろう。この仮説上の惑星は地球の5倍から10倍の質量を持ち、海王星の外側に潜んでいる可能性がある。その存在は、太陽系外縁天体と呼ばれる、目に見えない世界によって押し出されたと思われる小天体の異常な集合体によって裏付けられている。

ルビン科学チームは、もし第9惑星が存在する場合、望遠鏡で直接観測できる位置にある確率は70～80%だと考えています。天の川銀河の明るい銀河面の前景など、観測が難しい場所にある場合でも、チームは間接的にその存在を検出できると確信しています。

「第9惑星の存在が示唆されている太陽系外縁天体を数多く発見するでしょう。ですから、人々が今見ている信号が本物かどうかという疑問に、ほぼ確実に答えが出るでしょう」とジュリック氏は言う。「直接発見するか、あるいは、それが存在するか否かを示す極めて強力な状況証拠を見つけるかのどちらかです。」

第９惑星は、１８４９年に海王星が発見されて以来、太陽系における最初の主要惑星の発見となる。

「もし第9惑星が見つかったら、太陽系がどのように進化してきたのか、そしてその始まりに何が起こったのかについての私たちの理解を全面的に更新する必要がある」とジュリック氏は言う。

銀河フィラメントと「時間領域」

ルービン天文台は、数百万個の小惑星に加えて、天の川銀河全体に散らばる数十億個の新しい星を発見します。これらの星々を記録することで、科学者たちは「銀河考古学」と呼ばれる研究を行うことができます。

天の川銀河は、近隣の銀河と融合したり飲み込んだりする前に、はるかに小さな銀河として誕生しました。このプロセスは、矮小銀河が吸収される中で現在も続いています。

「銀河を飲み込んで消滅させるのではなく、まず銀河を細長く伸びる恒星流に細分化します」とジュリック氏は言う。「私たちはこれらの恒星流を観測し、その位置、形状、そして銀河全体の運動に基づいて、天の川銀河が時間とともにどのように成長してきたかを再構築することができます。」

ルービン望遠鏡が他の望遠鏡と異なる点は、天文学者が「時間領域」と呼ぶ領域、つまり物事が時間の経過とともにどのように変化するかを研究できる点です。歴史的に天文学者は、宇宙にどのような天体が存在するのかを解明するために、より深い画像を得ることに重点を置いてきました。ルービン望遠鏡は、可能な限り深い画像を得ることから、夜空の短期的な変化を捉える何百万枚もの画像を高速に連続して得ることへと焦点を移したことを象徴しています。

「時間領域で発見するものは、間違いなく革命的なものになると思います」とタイソン氏は言う。「特に、爆発したり空中で移動したりする新しい種類の物体が見つかるでしょう。」

突然脈動したり爆発したりする星は、中心銀河バルジで明るく脈動する RR 型こと座星から、衝突に向かって螺旋状に運動する極めて高密度の中性子星のペアに至るまで、銀河全体の進化に影響を与える非常にエネルギーの高い恒星の行動について天文学者が学ぶのに役立ちます。

「何か興味深いものを見つけたら、分光器を備えた大型望遠鏡、例えばウェッブ望遠鏡のような望遠鏡で観測している友人たちに伝える、というのが私たちの考えです」とジュリック氏はジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を指して語る。「そして、コミュニティの人々がそれらの観測機器を使って、その成果を追究するのです。」

爆発する星、極限物理学、そして宇宙エネルギー

ルービン望遠鏡は毎月数万枚の画像を撮影し、天文学者たちに稀有で驚異的な現象を捉える、かつてないほどの絶好の機会を提供します。超大質量ブラックホールによって粉砕された巨大な星々、重力波を放出する巨大衝突、そして天体物理学がこれまで想定すらしていなかった奇妙な現象が、かつてないほど数多く出現するでしょう。

「私たちは、非常に興味深い膨大なサンプルを提供することで、私たちが知っている物理学の限界を検証し、押し広げることができるのです」とジュリックは語る。「物理学を検証するのは、私たちの日常的な環境ではなく、考え得る最も過酷な条件下です。例えば、星がブラックホールに近づきすぎて、ブラックホールが星を粉々に砕き、飲み込み始めたら何が起こるのか、といったことです。」

ルービンの画像は非常に包括的なため、天体物理学者たちは、宇宙の加速膨張を牽引する原因不明の力であるダークエネルギーの謎を解明する助けにもなると考えています。この加速膨張は約50億年前に始まったため、何らかの変化がきっかけとなった可能性を示唆しています。

「ダークエネルギーの物理学とは何か？それが私たちが追い求めている問いです」とタイソン氏は言う。「それが既知の物理学の範疇を超えていることは既に分かっています。」

ダークエネルギーがどのように生成されるかを解明するため、科学者たちはその目に見えない伴星である暗黒物質の分布を解明しようとしています。この目に見えない物質は光と相互作用しませんが、銀河団周辺などの高質量領域の重力によって光が歪む現象である重力レンズ効果によって検出できます。

「ルビン天文台はこれを素晴らしい方法で実現するでしょう」とタイソン氏は言う。「宇宙における暗黒物質のフィラメント状の構造を、非常に幅広いスケールで観測するのです」。宇宙全体に暗黒物質がどのように分布しているかを把握することで、研究者は「暗黒物質の挙動を時間の関数として解明」することができ、暗黒エネルギーの駆動源となる可能性のあるものをモデル化する上で、より詳細な情報を得ることができる。

「新しい物理学がすぐそこにあります」とタイソン氏は言う。

宇宙そのものの膨張と同様に、人類の宇宙に対する理解も加速されつつあります。

「発見は次々に起こるでしょう」とユリック氏は言う。「今後数年間は、基本的に毎週何か新しくて興味深い発見があるでしょう。」

2025年6月25日午前11時20分 BST 更新: Mario Juric の役職と学術的所属に訂正が加えられました。