極限宇宙の探究、新時代へ ラ・パルマ島で大口径ガンマ線望遠鏡アレイが完成

【概要】

【発表内容】
　CTAO LSTは、各基が口径23メートルの反射鏡と最先端の超高速カメラを備えています。超高エネルギーのガンマ線が地球の大気と反応して生じる、かすかなチェレンコフ光を検出するために設計されています。約20ギガ電子ボルト（GeV）から数テラ電子ボルト（TeV）のエネルギー帯のガンマ線を、世界最高の感度で観測できる装置です。
この優れた感度は、遠方の天体や、突発的に明るさが変わる天体を捉える上で重要です。エネルギーの高いガンマ線ほど宇宙空間を伝わる間に吸収されやすいため、低いエネルギーのガンマ線を観測できるLSTは、宇宙論的な距離にある天体を調べ、宇宙のより古い時代を見通すことができます。また、明るさが刻々と変わるガンマ線天体のごく短い時間での変動も、より高い精度で調べられます。
  先駆けとなったLST-1の成果
　大口径望遠鏡の初号機（LST-1）は、性能検証・調整段階にありながら、2020年以降、画期的な成果を上げてきました。その成果には、パルサーの観測、宇宙のはるか遠方にある活動銀河核の研究、新星やガンマ線バーストなど、突発的な現象への迅速な追観測が含まれます。
　既存のLST-1に新たな3基のLST（LST-2、LST-3、LST-4）が加わることで、4基の望遠鏡は本格的なアレイとして機能するようになります。同じガンマ線が大気中で引き起こす粒子のシャワーを複数の方向から同時に観測することで、ガンマ線を捉える感度、到来方向を特定する精度、エネルギーを測定する精度が大幅に向上し、ガンマ線で宇宙を探る研究は、精密観測の新たな時代に入ります。
初期宇宙を見通す
　LSTは、CTAO北サイトで低エネルギー側のガンマ線観測の中核を担い、約120億年前、宇宙誕生からまだ20億年が経っていない時代の宇宙を探る貴重な機会をもたらします。低エネルギーのガンマ線に対する高い感度により、遠方で発生する明るい超高エネルギーガンマ線バーストの検出と研究が可能になります。これにより、宇宙における距離の指標である赤方偏移が約4の天体まで、ガンマ線による観測範囲が広がる可能性があり、初期宇宙に関する新たな知見が得られると期待されます。
　今後数年をかけて、LSTは試運転と調整を進め、CTAOの観測運用に組み込まれていきます。CTAOの北・南両サイトに設置が計画されているほかの望遠鏡とともに、暗黒物質の正体、宇宙線の起源、宇宙で粒子を極めて高いエネルギーまで加速する現象の仕組みなど、天体物理学、素粒子物理学、宇宙論の根本的な問いに取り組みます。
　
研究者からのコメント
・LST国際共同研究チームの代表であり、CTAOコンソーシアムのスポークスパーソンを務める　手嶋 政廣：
　「LSTアレイの完成は、15年以上にわたる国際協力と技術革新の結実です。これらの望遠鏡によって、超大質量ブラックホールや中性子星、宇宙線の起源、宇宙の暗黒物質の正体など、宇宙の極限的な環境や現象を探ることができます。」
 
・CTAO日本グループの代表を務める窪 秀利：
「日本グループは、反射鏡や焦点面カメラの開発・製作を担い、LSTアレイの完成に大きく貢献してきました。今後は、4基による高い観測感度と高速駆動性能を生かし、遠方宇宙や突発天体などから届くガンマ線を捉え、宇宙の根源的な謎の解明と新たな現象の発見を目指します。」

【用語解説】
LST国際共同研究グループについて
　大口径望遠鏡（LST）の国際共同研究グループは、チェレンコフ望遠鏡アレイ天文台（CTAO）に設置するLSTの設計、建設、性能検証・調整に取り組む科学者、技術者、研究機関からなる国際組織です。地上のガンマ線望遠鏡として、これまでで最も低いエネルギーから観測できるようにするために、光学系、光検出器、機械系、高速電子回路の先進技術を開発してきました。
　この計画は、イタリア、クロアチア、スイス、スペイン、チェコ、ドイツ、日本、ブラジル、フランス、ブルガリア、ポーランドの研究機関による緊密な国際協力によって実現しました。

CTAOについて
　CTAO（チェレンコフ望遠鏡アレイ天文台）は、世界最大かつ最高性能の地上ガンマ線天文台となります。これまでにない高い精度と、約20ギガ電子ボルトから300 テラ電子ボルトにわたる広いエネルギー範囲により、天体物理学の最も難しい謎の解明に貢献します。その謎に迫る研究は、大きく3つのテーマに分けられます。宇宙空間を光速近くの速さで飛び交う粒子「宇宙線」の起源と役割を解明すること、ブラックホールや中性子星などの極限環境を探ること、そして暗黒物質やアインシュタインの相対性理論からのずれを探索し物理学のフロンティアを開拓することです。
　広いエネルギー範囲を観測するために、CTAOは大口径望遠鏡（LST）、中口径望遠鏡（MST）、小口径望遠鏡（SST）の3種類の望遠鏡を用います。60基を超える望遠鏡が、北半球のスペイン・ラ・パルマ島のロケ・デ・ロス・ムチャーチョス天文台にあるCTAO北サイトと、南半球のチリ・アタカマ砂漠のパラナル天文台にあるCTAO南サイトの、2つの観測拠点に配置されます。
　CTAOは、ビッグデータを扱うプロジェクトです。年間に生成されるデータは数百ペタバイト（PB）に達し、圧縮後でも約12 PBになります。CTAOは、研究成果を広く共有する「オープンサイエンス」の方針に基づき、観測提案を公募して観測を行い、科学解析に利用しやすい形に処理されたデータやソフトウェアを一般公開します。このような形で運用される地上ガンマ線観測施設は、CTAOが初めてです。
　CTAOの中央組織（法人名称はCTAO ERIC）は、天文台の建設と運用、および4つの拠点の管理を担います。CTAO ERICのメンバーは、イタリア、オーストリア、欧州南天天文台（ESO）、クロアチア、スイス、スペイン、スロベニア、チェコ、ドイツ、フランス、ポーランドです。オランダがオブザーバーとして参加しています。さらに、貢献国であるオーストラリア、日本、ブラジル、米国、南アフリカは、戦略的パートナーまたは第三者としてCTAO ERICに参加するための手続きを進めています。
　CTAO ERICは、世界各地のパートナーと緊密に協力しています。パートナーには、天文台に不可欠なハードウェアやソフトウェアを現物貢献（In-Kind Contribution）として開発する共同研究チームや、天文台を活用した科学研究に取り組む研究者の国際組織であるCTAOコンソーシアムが含まれます。