ブラックホールのナゾをKDDIのパラボラアンテナが解明する！（かもしれない）

山口市街から広島方向へと車を走らせること15分。大きな国道を左折して細い市道へと入る。坂を登り切ると、巨大なパラボラアンテナが現れた。日本最大の衛星通信施設「KDDI山口衛星通信所」だ。

計24基のパラボラアンテナが存在し、国際海底ケーブル網では疎通できない国々や地域、船舶、航空機などに、太平洋・インド洋上の通信衛星を介した国際電話、国際データ通信、国際ＴＶ伝送などを提供している。

まさに、日本の国際通信拠点と言うべき施設だが、通信以外にもうひとつの顔も持っている。それが、ブラックホールの謎を解き明かすかもしれない、宇宙観測研究の最前線としての一面だ。実は、24基のパラボラアンテナのうち、ひときわ大きな２基である「山口第４アンテナ」と「山口第２アンテナ」が「電波望遠鏡」として転用されているのだ。

2001年、「山口第４アンテナ」は「山口第１電波望遠鏡」として国立天文台に無償譲渡。2002年から山口大学の研究グループが運用し、観測に用いている。

そして2016年１月、「山口第２アンテナ」が、「山口第２電波望遠鏡」として山口大学に貸与された。現在、通信衛星の性能向上に伴い、パラボラアンテナには大きさが求められなくなった。通信衛星からの電波を受信する役割を終えたところに、山口大学から賃借の相談があったという。

「山口第１電波望遠鏡」を活用して、世界で初めて「星が生まれる瞬間」を観測

電波望遠鏡の特長は、光で見えにくい天体も観測できる能力だ。この能力を活用し、藤沢研究室では、星の誕生に関わる「星形成領域」と「ブラックホール」の研究を行っている。「山口第１電波望遠鏡」の運用では、国内のほかの電波望遠鏡と連携させることにより、「星形成領域」で世界的な成果を挙げた。それが、「星間ガス・メーザ天体の観測と星の形成過程」の確認だ。

「星が生まれるときには、星の周囲にガスの塊が発生し、それが回転しながら落下して降り積もるという定説がありました。ただしこれまでは、微小な動きを示す電波を計測できなかった。その動きを、地球から2,200光年離れたケフェウス座に生まれた新しい星『ケフェウスA』で検出することに成功しました」

より暗い星までしっかりと観測できる「山口干渉計」とは？

十分な成果を得ることにひと役買った「山口第１電波望遠鏡」だが、今回、「山口第２電波望遠鏡」が加わったことで、さらに研究が進みそうだ。

これは、単純に観測回数や能力が２倍になるという意味ではない。実は、２台の電波望遠鏡を活用することで、従来の約100倍の感度で計測できる「電波干渉計」という高度なシステムを構築できるのだ。藤沢教授は、「山口干渉計の完成により、より暗い星を観測できるようになる」と意気込む。

「電波干渉計」の仕組みはこうだ。電波望遠鏡がキャッチする電波のほとんどはノイズである。発している電波が弱く暗い星の場合、電波がノイズにまぎれてしまい観測が難しい。逆に言えば、ノイズを正確に除去できれば、電波をクリアに抽出できるので、暗い星でも観測できるというわけだ。「電波干渉計」は、このノイズを上手く除去できるのが特長だ。

実は、そもそもノイズの大半は、電波望遠鏡が自ら出している電磁波だ。そこで、２台の電波望遠鏡で同じ星を同時に観測、受信した電波を比較して、波長が一致する電波だけを抽出する。同じ星を観測しているので、「一致する電波＝目的の星が発している電波」となる。一致しない電波はノイズとして切り捨てることができるので、目的の星が発している電波をより正確に取り出せるというわけだ。

山口干渉計の稼働によって、ブラックホール研究の流れが変わる!?

これにより期待されるのは、ブラックホールの観測などの研究に重要な役割を果たすこと。藤沢教授によると、「ブラックホールとは、恒星がエネルギーを使い果たして消滅するときに、小さく潰れてしまった状態のこと。重力が非常に大きく、光さえも吸い込んでしまうので、ブラックホールと呼ばれています」という。仮に太陽がブラックホール化したら、直径６kmくらいの大きさまで圧縮される超高密度な状態だ。

「現在、銀河系の中にブラックホールは50ほど確認されていますが、実際には100万〜1億はあると考えられています。しかし、かなり小さく、また電波も弱いので、電波望遠鏡でも見つけるのが大変なんです。山口干渉計でさらに多くのブラックホールを観測できれば、研究に新しい流れをつくることができると思います」（藤沢教授）