天文学者は昼食時のミスから不可解な信号を突き止めた

PopSci の「私は大きな間違いを犯しました」シリーズでは、不運や誤解、そしてその恥と栄光を探ります。

天文学者は、その神秘的な性質ゆえに、高速電波バースト（FRB）に魅了されずにはいられません。これらの巨大な電波パルスは、宇宙、多くの場合は天の川銀河の彼方から地球に向かって発射されます。しかし、これらのバーストは、ほぼ 10 年前に昼食時の失態により、ノイズとして無視されそうになりました。FRB は宇宙からの実際の信号ですが、非常によく似た電波であるペリトンは、地球のミスから発生しています。

2006 年に最初の FRB が発見されたとき、研究者たちは予期せぬ発見をしたことはわかっていたが、それが何なのかはわからなかった。ウェストバージニア大学の天文学者ダンカン・ロリマーとモーラ・マクローリンは、電波望遠鏡による古い観測データを調べ、急速に回転する死んだ恒星の残骸であるパルサーからの信号を探していた。パルサーが脈動するのは、星間灯台のように地球を横切る明るいジェットがあるためである。ある日、このプロジェクトに取り組んでいる学生が奇妙な発見をした。予想より 100 倍以上明るい脈動だった。

研究チームは最初、地球からの無線送信による干渉ではないかと考えていたが、このバーストには宇宙から来た何かの典型的な特徴がすべて備わっており、宇宙が作り出した何か新しい、奇妙なものであることは間違いない。研究チームはこの発見を 2007 年に権威ある科学誌「サイエンス」に発表し、この最初の FRB の発見は「ロリマー バースト」として知られるようになった。

ロリマーバーストはさらなる捜索を促し、天文学者のチームは過去の観測でFRBを見逃していないか電波データを精査した。FRBは見つけにくいものだった。新しいFRBが発見されないまま何年も経った。

しかし、天文学者たちは2007年に別の種類の信号を発見した。ペリトンだ。それが何なのか正確には誰も知らなかったが、数十年にわたって電波望遠鏡のデータに現れ、FRBに似ており、ロリマーバーストが主張したように宇宙からではなく、明らかに地球から来ていた。

これらのペリトンは「基本的に、元の出来事に疑問を投げかけます」とロリマー氏は言う。その名前さえもこの疑問を呼び起こす。アルゼンチンの作家ホルヘ・ルイス・ボルヘスが作り出した神話上のペリトンは、誤解を招くような人間の影を落とすヘラジカのような鳥の生き物である。「多くの人はそのまま先に進みました。」

しかし、誰もがそうではない。当時、オーストラリアの大学院生エミリー・ペトロフはFRBに関する博士論文を執筆していた。しかし、彼女の指導教官はペリトンを非常に心配しており、その謎を解明するよう彼女に依頼した。「2つ（ペリトンとFRB）の境界線は、懸念されるほど曖昧でした」と彼女は言う。博士課程で研究グループに新しい結果を発表すると、いつも同じ質問が返ってきたと彼女は思い出す。「それは素晴らしいことですが、ペリトンのことはもう解明されたのでしょうか？」

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ペトロフ氏と共同研究者は、地元の施設であるパー​​クス天文台で観測されたペリトンに関するあらゆるヒントを集めた。ペリトンは望遠鏡を特定の方向に向けるとのみ現れるため、科学者たちは天文台で何かが起こっているに違いないと推測した。監視システムは、ペリトンが観測されたのと同時に、WiFi、Bluetooth、キッチン家電、その他の電子機器でよく使われる周波数である2.5ギガヘルツ付近でエネルギーの急上昇を示した。古いデータを調べると、これらの急上昇は1998年以来起きていたことが判明したため、原因は数十年前の技術にあるに違いない。そして最も不運なことに、それらは昼食時にもっと頻繁に起きていた。

すべての兆候は、ペリトンが来たと思われる 2 つの建物にある電子レンジを指していました。しかし、電子レンジの何がこの信号を出したのでしょうか? 天文台のスタッフは、水を電子レンジで温めたり、さまざまな食品を電子レンジで温めたり、さまざまな設定を使用したり、あらゆることを試しました。実験中、エンジニアの 1 人が電子レンジのそばに立ち、望遠鏡にいる別のエンジニアとトランシーバーで通信しました。最終的に、彼らは電子レンジの重要なルールを破ることを試しました。電子レンジが作動しているときにドアを開けるというものです。

そして、なんと、ペリトンが現れました。

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謎は明確で満足のいく答えで解けた。2015年に王立天文学会月報誌に掲載されたこの結果に対する反応は衝撃的だった。「大学の先生や高校の先生から、この論文を科学の仕組みとして教えると聞きました」と、現在カナダのペリメーター研究所でサポートスタッフとして働くペトロフ氏は付け加える。「研究でこれほど満足した瞬間はなかったと思います」

ペリトンの謎が解けたことで、天文学者はFRBの謎にもっと時間を費やすことができるようになった。彼らは2013年にようやく2回目のFRBの集団を検出した。これは最初のロリマーバーストから6年後のことだ。そしてその数は2015年までにほぼ12に達した。カナダのCHIME装置が毎日複数のFRBを発見しており、この勢いはとどまるところを知らない。電波天文学者は他にも多数の望遠鏡でこの謎を解明しようとしている。ウェストバージニア州のグリーンバンク望遠鏡、南アフリカのスクエアキロメートルアレイの前身、カリフォルニア州のディープシノプティックアレイ、オーストラリアのASKAPなどだ。「10年後には、FRBの数はおそらく5万を優に超えるでしょう」とロリマーは言う。

天文学者たちもついに、これらの物体が実際は何なのかという手がかりを得た。有力な説は、FRB の原因をマグネター、つまり非常に強い磁場を持つ回転する死んだ恒星 (パルサーに似ている) に求めている。「回転台で回転しているとき、回転しているという事実により、いくらかの回転エネルギーがあります」と、マギル大学の天文学大学院生、アリス・カーティンは説明する。しかし、マグネターは磁場にエネルギーを蓄えることもできる。「磁場からエネルギーが放出される可能性があり、それが FRB の原動力になっているのではないかと考えています」

FRB は宇宙探査のための素晴らしいリソースであることも証明されている。「FRB には、私たちとそれらの間のすべての物質に関する情報がエンコードされています」とカーティン氏は付け加える。新たに拡張された FRB カタログを武器に、天文学者は星間の空間を満たす目に見えない塵やガスを追跡できる。FRB が宇宙の物質を通過すると、その一部は減速し、周波数にわたって FRB が拡散する。拡散の量を調べることで、科学者は物質の量を概算できる。今年初め、あるチームが FRB を使用して天の川銀河を探査し、私たちの銀河には予想よりも物質が少ないことを発見した。

ペリトンは過去のものとなった。電波天文台は現在、マイクロ波の使用に関してより厳しい規則を設けている。しかし、他の電波干渉源も増加しており、天文学者の夜空観測能力を脅かしている。例えば、スペースX社の悪名高いスターリンク衛星は、主要望遠鏡の周囲のいわゆる電波静穏地帯を破壊している。地上天文学の一部にとって、将来は不安定に見え、マイクロ波を止めるほど簡単に解決できるものではないだろう。

しかし、今のところ、ペリトンを生成する電子レンジの話は、満足のいく科学的結論と楽しい話を伴う間違いの素晴らしい例です。「FRB について、あるいは単に電波天文学について人々に話すとき、誰かがほぼ必ず電子レンジについて言及します」とペトロフは言います。