ハッブル宇宙望遠鏡の科学者が超新星の「瞬間リプレイ」を予測することに初めて成功した
アラン・ボイル著
天文学者たちは、遠方の超新星爆発の「瞬間リプレイ」がいつ観測できるかを予測するため、相対性理論における奇妙なひねりの一つを解明しようと試みました。そして今、ハッブル宇宙望遠鏡が彼らの予測が正しかったことを示しました。これは、超新星爆発の観測が事前に予測された初めてのケースだと彼らは言います。
この確認は、ハッブル宇宙望遠鏡による1年以上にわたる銀河団MACS J1149.5+2223の観測によってなされました。科学者たちは2014年11月に撮影された画像を解析し、銀河団の重力レンズ効果によって4つの別々の画像に分割された超新星爆発の閃光を特定しました。
重力レンズの仕組みはこうです。銀河団を構成する銀河は非常に大きな質量を持つため、時空を大きく歪めます。その結果、背後にある明るい天体から発せられる光線は、まるでファンハウスのレンズを通ったかのように曲げられます。この現象は、アルバート・アインシュタインの一般相対性理論の原理に基づいています。天文学者たちが観測した特徴的な四点のパターンは、彼に敬意を表して「アインシュタインの十字」と呼ばれています。
「超新星を研究する中で、爆発を起こした銀河が、銀河団によってレンズ効果を受けていることが既に知られていることに気づきました」と、観測に関する研究論文の著者の一人であるサウスカロライナ大学の天文学者スティーブ・ロドニー氏は、ハッブル宇宙望遠鏡のニュースリリースで述べた。「超新星の主銀河は、銀河団の質量の歪みによって、少なくとも3つの異なる画像として現れています。」
つまり、爆発する銀河から発せられた光は地球に到達するまでに3つの異なる経路をたどり、それぞれ異なる距離を移動していたことになります。ロドニー氏と彼の同僚たちは、暗黒物質と呼ばれる謎の物質を含む、銀河団内の銀河の質量分布をモデル化しました。そして、それぞれの時空経路における超新星爆発のタイミングを算出しました。その結果、1つの閃光は1998年に既に発生していたものの、どの望遠鏡でも観測されていなかったことが判明しました。アインシュタインの十字は真ん中の閃光で、3番目の閃光はまだ来ていなかったのです。
「私たちは、超新星が将来いつどこで出現するかを計算するために、銀河団の7つの異なるモデルを用いました。ハッブル宇宙望遠鏡、VLT-MUSE、ケック望遠鏡を用いて必要な入力データを収集し、レンズモデルを構築することは、コミュニティの多大な努力によるものでした」と、本研究のもう一人の著者であるUCLAの天文学者トマソ・トリュー氏は述べています。「そして驚くべきことに、7つのモデルすべてが、爆発する星の新しい画像が現れる時期について、ほぼ同じ予測を示しました。」
ハッブル宇宙望遠鏡は10月末から定期的にMACS J1149.5+2223の観測を続け、予測が正しいかどうかを確認してきたが、12月11日についに3回目の閃光を観測した。予備的な調査結果では、7つのモデルのうち4つが観測データと特によく一致していることが示唆されている。
研究著者らは、この結果は「モデルの予測を具体的に、そして一般相対性理論を間接的に検証する、驚くべき強力なもの」だと述べた。また、観測から仮説が生まれ、さらなる観測によって検証されるという科学的手法の教科書的な例も示した。今後、このモデル化手法は、重力レンズ効果の威力に焦点を当てたハッブル宇宙望遠鏡チームのフロンティア・フィールド・プログラムにおいて、さらなる検証を受ける予定だ。
この観測に関する最新の研究論文「デジャ・ヴュー再び：超新星レフスダールの再出現」が、アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に投稿されました。筆頭著者はバークレーの天文学者パトリック・ケリーです。超新星レフスダールについての詳細は、欧州宇宙機関（ESA）のハッブル宇宙望遠鏡のウェブサイトと欧州南天天文台（ESO）をご覧ください。レフスダールは、重力レンズ研究におけるノルウェーの先駆者にちなんで名付けられました。
