アルマ望遠鏡による中性炭素原子輝線の初観測:500GHz帯での世界初の電波干渉計画像を取得

2013年4月に行われたアルマ望遠鏡による試験観測で、国立天文台が開発したサブミリ波(バンド8)受信機を用いた初めての電波画像取得に成功しました。観測対象は惑星状星雲NGC 6302で、中心の星のまわりに広がる炭素原子が放つ492GHzの電波を捉えました。電波干渉計によってこの周波数の電波画像が取得されたのは今回が初めてであり、アルマ望遠鏡によって高解像度観測の扉が開かれたといえるでしょう。

アルマ望遠鏡が観測したNGC 6302中心部の中性炭素原子の分布と、ハッブル宇宙望遠鏡が可視光で観測したNGC 6302
アルマ望遠鏡が観測したNGC 6302中心部の中性炭素原子の分布(右側画像、黄色に着色)と、ハッブル宇宙望遠鏡が可視光で観測したNGC 6302(右側グレー画像、左上カラー画像)。左上画像の黄色の枠が右側画像の領域に相当する。左下はアルマ望遠鏡観測から得られた中性炭素原子のスペクトル。(Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope)

今回観測対象に選ばれたNGC 6302は、太陽の数倍の質量をもつ星が一生を終え、ガスを噴き出してできた惑星状星雲と呼ばれる天体です。可視光での観測では、星から蝶の羽のような形に噴き出した高温のガスが輝いているのがわかります。バンド8受信機を用いたアルマ望遠鏡試験観測では、その星雲の中心部に狙いを定めました。その結果、炭素原子が狭い範囲に集中して分布していることがわかりました。過去の観測からは、この星雲の中心部にある星のまわりに、ガスと固体微粒子(ダスト)でできた円盤が取り巻いていることが指摘されており、今回観測された炭素原子の分布もそれによく似ています。今後炭素原子の分布を詳しく調べることで、この星雲内での様々な分子の合成反応を解き明かすヒントが得られるはずです。

アルマ望遠鏡サブミリ波(バンド8)受信機カートリッジ
アルマ望遠鏡サブミリ波(バンド8)受信機カートリッジ。(Credit: 国立天文台)

中性炭素原子が放つ電波の観測は、これまでもっぱら単一のパラボラアンテナからなる電波望遠鏡で行われてきました。このため解像度は15秒角程度(1秒角は角度の1度の1/3600)にとどまっていましたが、今回のアルマ望遠鏡試験観測では3秒角という高い解像度を達成しました。今後バンド8受信機がすべてのアンテナに搭載されれば、さらに400倍程度の解像度向上が見込まれるため、世界中の天文学者がバンド8受信機を使った高解像度の炭素原子観測に期待を寄せています。

国立天文台先端技術センターでバンド8受信機開発チームを率いる関本裕太郎准教授は、「多くの関係者の長い年月の努力によって、アルマで炭素原子線の観測は始まったことに、深く感謝します。アルマの今後の観測によって、星間物質の進化過程が明らかになることを期待しています。」と述べています。

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