アフリカの次世代電波望遠鏡の到着により、ナミビアは天文学の新たな夜明けを迎える

南アフリカで太陽が地平線の下に沈むと、ナミビアの砂漠は冷たい闇に包まれます。この空には、頻繁に発生する曇り空と雨嵐、そして街の明かりによる邪魔な輝きがありません。月のない夜には、星だけが唯一の光源となり、空の黒いキャンバスに、貴重で輝く宝石のように点在します。この澄み切った暗闇の空は、天文学者の楽園です。

「アフリカは美しい大陸です」とケニアを拠点とする科学教育者のスーザン・ムラバナさんは言う。「私たちは暗くて汚染されていない空を持つという特権を持っています。」

アフリカ先住民は昔から、星や惑星の位置を頼りに時間や季節を記録し、社会や思想を形成してきた。彼らの文化を構成する数学的要素の多くは、それ以来、世界中の他の神話、伝説、社会でも認識されてきた。しかし、宇宙コミュニティ全体がようやくそれに気づき始めたところだ。

過去数十年にわたり、アフリカは世界クラスの望遠鏡の主要拠点となり、地元の天文学復興の推進に貢献してきました。現在、アフリカ大陸には 36 の天文台があります。その中には、ナミビアの高原ホマス地域にある高エネルギー立体視システム (HESS) があり、超新星やパルサー風星雲からの宇宙線の痕跡を探します。一方、北ケープ州の乾燥した砂漠カルー地域では、南アフリカ大型望遠鏡 (SALT) が銀河やクエーサーを追跡しています。

次に加わる天文台は、アフリカ初のミリ波望遠鏡で、アフリカミリ波望遠鏡または AMT とも呼ばれ、電波を使って宇宙の最も暗い部分にある物体を探知します。宇宙に関する新たな秘密を明らかにすると同時に、AMT は地元の人々に新たな機会をもたらす可能性もあります。南アフリカの科学者たちは、この望遠鏡を、新世代の研究者を育成し、この地域の天文学を再構築するという大きな運動の一歩と見ています。

「AMT は、アフリカ大陸の多くの人々が期待しているプロジェクトです」とナミビア大学物理・化学・材料科学学部長のエリ・カサイ氏は言う。「この分野における地元の専門知識の量の変化は、大学としても国としても私たちが期待しているもう一つの刺激的な発展です。」

AMT は、ナミビア南西部の自然保護区内にあるガムスベルグ山に建設される。標高 7,700 フィートの高原の山頂は、首都ウィントフックから 77 マイル離れた人里離れた場所にあり、人間の活動や、夜空を光害で満たす密集した都市から十分離れている。この地域は年間を通じて雨が少なく、雲もさらに少ないため、天体観測には地質学的にも大気的にも有利である。

ウィントフックのナミビア大学の科学者たちは、オランダのナイメーヘン・ラドバウド大学と提携して、推定2500万ドルのプロジェクトを完成させ、約5年後に運用を開始する予定だ。オンラインになると、直径約50フィートのこの望遠鏡は、星の誕生を研究するために天の川のガスを追跡したり、遠く離れた活動銀河を監視したり、ブラックホールとしてよく知られている謎の宇宙の食人鬼についての手がかりを集めたりするなど、さまざまな実験に参加することになる。

天文学者たちは、AMT が、ブラックホールという捉えどころのない存在の性質を探ることを目的とした同期電波観測所の世界的ネットワークであるイベント・ホライズン・テレスコープ (EHT) コラボレーションに加わることから、この観測所をブラックホール研究の将来における「ミッシングリンク」と呼んでいる。

超大質量ブラックホールをスパイする

天文学者の間では、天の川銀河を含む多くの銀河の中心に超大質量ブラックホールが存在すると広く信じられています。EHTは2019年に史上初のブラックホールの写真を撮影し、この理論にさらに強力な証拠を加えました。メシエ87銀河の中心にあるブラックホールの周囲の複数の光のパターンにより、研究者はブラックホールの端や事象の地平線など、これらの天体の基本的な特性を測定および観測することができました。この「後戻りできない点」とは、ブラックホールの支配から逃れるために必要な速度が光速を超える境界です。この地点を通過するものはすべて、文字通り宇宙から吸い出されます。現在まで、これほど強力な人造の力はありません。画像とデータはこれらの巨大な恒星の口に光を当てましたが、宇宙の複雑さに関する新たな疑問も呼び起こしました。

「EHT の次のステップは、文字通りブラックホールの画像撮影からビデオ撮影に移行することです」とナミビア大学の准教授マイケル・バックス氏は言う。しかし、それを実現するには、世界中にさらに多くの望遠鏡が必要であることが、苦労して明らかになった。

2022 年現在、EHT ネットワークは 11 基の国際望遠鏡で構成されており、そのすべてが何らかの形でブラックホールの物理の研究に役立っています。ネットワークは主にアメリカ大陸を中心としており、望遠鏡の大部分は北半球にあります。南半球に望遠鏡が 1 基追加されると、残りの望遠鏡間の通信が改善され、データセットが広がります。ここで AMT の出番です。この新しい望遠鏡の追加により、EHT の夜空の範囲が大幅に拡大されます。

現在、AMT チームは、ガムスベルグ山を調査して天文台の正確な設置場所を決定するという重要な設計レビュー段階にあります。望遠鏡の基礎は、2003 年に廃止されたスウェーデン-ESO サブミリ波望遠鏡の部品から改修され、電磁波、特に遠方の宇宙物体や活動から放射されるミリ波電波を検出する新しい技術で強化されます。これにより、単皿電波望遠鏡で、小さなブラックホールと大きなブラックホールの明るさの違いなどの特徴を観測できるようになります。AMT により、超大質量ブラックホールのより高品質な画像と動画が可能になると同時に、EHT の全体的な観測時間が約 30% 増加し、天文学者がより長い時間連続して空を観測できるようになります。

アフリカの天文学者にとっての新たな道

この望遠鏡は、EHT の協力者たちの宇宙に関する知識を強化する一方で、実際には地元の天文学者たちが独自の研究を展開するのを支援するためにほとんどの時間を費やすことになる。南アフリカの研究者たちは、この望遠鏡が、ナミビアの小規模ながらも成長を続ける天文学コミュニティが繁栄する機会も提供してくれることを期待している。

ナミビアが宇宙研究の取り組みを活発化させたのは今回が初めてではない。同国は長年、地元の天文学への関心と活動を喚起してきた。たとえば2016年には、ナミビアの研究者らが、銀河系の中心に高エネルギーの「罠」が存在することを証明するのに貢献した。この罠は集中した宇宙線（宇宙を光速とほぼ同じ速さで移動する粒子）で構成されている。しかし、ロジスティックスと経済的な課題により、同国はこうした科学的道をさらに拡大することができていない。

「[天文学]は、特定の人々や世界の特定の地域にとっては非常に遠い科学のように感じられることがあります」とムラバナ氏は言う。

ムラバナさんは幼いころから天文学に夢中だったが、ケニアの田舎の村では実際に体験できる機会がほとんどなかった。彼女が望遠鏡で空を眺める機会を得たのは、20歳のときだった。若い世代は宇宙や天文学に興味を持つかもしれないが、比較的アフリカには、彼らがこの分野に留まるよう促すリソースや専門家がほとんどいないとムラバナさんは言う。

人口250万人のナミビアには、公立大学が2校、私立大学が1校あり、約6万人の学生が学んでいる。ナミビア科学技術大学とナミビア大学では、物理学と天体物理学専攻の学部課程と大学院課程を提供しているが、私立の国際経営大学では科学の学位は提供していない。バックス氏によると、ナミビアの大学には地元の天文学者が十分にいない。学生数の少なさと資金提供の機会の少なさが原因の一部だと彼は考えているが、より大きな問題は、どれだけの有望なナミビア人学生が最終的に海外で学び、その後留まってしまうかにあると同氏は言う。高等教育を受ける人口が限られている小さな国にとって、これは「システムにとって大きな損失」だとバックス氏は言う。

バックス氏やムラバナ氏のような科学者や地域リーダーは、ナミビアやケニアなどの地域で地元の天文学研究を根付かせる取り組みを主導している。例えばムラバナ氏は現在、天文学を通じて科学技術へのアクセスを増やすためにケニアで設立した移動展示「トラベリング・テレスコープ」を通じて子供たちに教育を行っている。ムラバナ氏は、宇宙産業への関心の高まりは特に次世代にとって有望だと語る。

「アフリカ大陸における天文学の未来、そしてそれが何を生み出すのかを見るだけでもワクワクします」とムラバナ氏は言う。「アフリカ大陸における宇宙産業は本当に成長し続けているので、若者にとっては非常にエキサイティングな時代です。」

AMT はこの研究運動の中心であり、この国を天文学の強国に押し上げています。このプロジェクトは、南アフリカの次世代の天文学者や天体物理学者を奨励するための独自の教育およびアウトリーチ プログラムを計画しており、その一部はすでに実行されています。奨学金やフェローシップの支援に加えて、AMT は移動式プラネタリウムを誇示します。これは、夜空のインタラクティブな画像を投影できる膨張式ドームです。この電動プラネタリウムは、ナミビア全土の学校を訪問します。このドームは、15 万人以上の子供たちに宇宙を一度に垣間見せることを目指しており、このプログラムについて教師をトレーニングして、教室に戻った教訓が今後何年にもわたって定着するようにします。

「目標は、天文学だけでなく、STEM分野全般に、こうした子供たちの興味をそそることです」とカサイ氏は言う。「これにより、近い将来、より多くのナミビア人が天文学の訓練を受け、積極的に研究に取り組み、世界の天文学コミュニティと協力する可能性も高まります。」

この世界的な認知は、海外からの研究者や資金の流入をもたらし、地元の科学コミュニティに国際的な支援をもたらす可能性もある。アフリカ大陸はすでに多くの国際機関や研究グループとの関係を改善しているが、コミュニティの中には、アフリカ諸国が協力して科学への関心を高める必要があると考える人もいる。衛星技術、ロケット工学、打ち上げ、宇宙探査のあらゆる側面の重要性を認識する人が増えるにつれ、ムラバナ氏は、天文学だけでなくアフリカの科学が開花するエキサイティングな時期だと考えている。

「出身地に関係なく、誰もが科学を愛し、誰もが科学者だと思います」と彼女は言う。「アフリカ人として、もっと多くの科学者を輩出する時が来たのです。」