ここ2カ月の間、地球の天文学者たちはすっかり興奮状態に陥っている。およそ1億3000万年前に、2つの死んだ星が衝突したことで引き起こされた一連の出来事のせいだ。

　先日開かれた記者会見で科学者らは、2つの中性子星の衝突によって発生した重力波を初めて検出したと発表した。

　アルベルト・アインシュタインが1916年にその存在を予言した重力波とは、宇宙で発生した非常に激しい出来事が原因で起こる、時空に生じるよじれやゆがみのことだ。これまでに観測された例はすべて2つのブラックホールが合体した際に起こったもので、この場合、その場には観測可能な痕跡は何も残らない。（参考記事：「重力波、世紀の発見をもたらした壮大な物語」）

　しかし今回、約70カ所にのぼる天文台が、100基あまりの機器を用いて重力波の観測を行い、その発生源を詳細に調べることに初めて成功した。

　「これは人類がこれまで一度も見たことのない、まったく新しい現象です」と米カリフォルニア大学サンタバーバラ校のアンディ・ハウエル氏は言う。

　ブラックホールの合体とは異なり、中性子星の衝突からは放射線を帯びた金属性の破片が放出される。これは望遠鏡で観測可能だ。

　最終的に約3500人が関わったこの大規模観測の成果は、「Science」や「Physical Review Letters」など複数の学術誌に発表されている。

　今回の観測結果は、長年にわたり唱えられてきた物理学の仮説の証明や、金などの重元素の起源をめぐる議論の決着に寄与するだろう。

■大発見の物語

　重力波が存在するという証拠が初めて確認されたのは1974年のことだ。しかし実際に重力波を観測するまでには、それから数十年の時がかかった。なぜなら重力波が地球上で生じさせる時空のゆがみは、きわめて微小なものだからだ。

　宇宙におけるこうした恐ろしく小さな動きを感知するために建設されたのが「LIGO（レーザー干渉計重力波天文台）」だ。LIGOに設置された2基の検出器は、レーザーを用いて、重力波が地球を通り抜ける際、一対の鏡の間の距離に生じるごくわずかな変化を感じ取る。現在は3基目の干渉計「VIRGO」が欧州でも稼働している。

　2016年初頭、LIGOはついに重力波をとらえた。それ以降、LIGOは3度にわたってブラックホールの合体によって生じる重力波を確認し、研究チームを率いてきた科学者たちは2017年、ノーベル物理学賞を受賞した。（参考記事：「重力波検出に成功、30億年前のブラックホール衝突」）

　しかし、8月17日早朝にもLIGOの検出器は、これまでとは違う何かを感じ取っていた。そこに記録されたデータには、この重力波がブラックホールではなく、死んだ星の合体によって生じたものであることを示す兆候が現れていた。

　その2秒後、NASAのフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡が、LIGOの検出器が受け取ったシグナルが来たのとほぼ同じ領域からやってくるガンマ線の放出をとらえた。2秒弱継続したこのガンマ線の放出は、どうやらショート（短時間）・ガンマ線バーストであると思われた。ショート・ガンマ線バーストは、中性子星の衝突によって生じると考えられている。

　これは偶然だろうか。LIGOとVIRGOの合同チームはそうは考えなかった。彼らは世界各地の天文台に向けて、今なら中性子星の衝突によって生じる破片をとらえ、重力波発生直後の様子を初めて観測できるかもしれないと呼びかけた。（参考記事：「【解説】謎の高速電波バーストの発生源を特定」）

　世界中から協力を申し出る声が届いたが、まずはどこを観測すればいいのかを正確に知る必要があった。

■発生源はどこだ！？

　ここで見事な活躍を見せたのが、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の博士研究員チャーリー・キルパトリック氏だ。キルパトリック氏とその同僚らはすぐに行動を起こし、まずは重力波とガンマ線の発生源の近くにある数多くの銀河の中から、有力なものをピックアップした。

　キルパトリック氏のチームが使用できるのはチリにあるささやかな望遠鏡で、彼らは空が暗くなったらすぐに、これらの銀河をひとつずつ観察し、星の衝突の兆候を探す計画を立てた。とはいえ、のんびりしてはいられない。目当ての空が見えるのはせいぜい1～2時間で、すぐに地平線の向こうへ沈んでしまうからだ。

　LIGOとVIRGOからの知らせが届いてからおよそ10時間後、キルパトリック氏が観測した5つ目の銀河に、以前には存在しなかった輝く点があるのが発見された。氏のチームは、この発見を世界の天文台に向けて発信した。42分以内には、新たに5つのグループが同じ銀河を望遠鏡にとらえていた。

　数日の間にいくつもの天文台がチームに加わり、その後数週間にわたって、楕円形をした銀河「NGC4993」の外れにある重力波の発生源は、宇宙のなかで最も熱い注目を浴びるスポットとなった。

　そこではかつて、2つの中性子星が長い間互いの周りをらせんを描きながら回っていた。何百万年という歳月の末、2つの星がついに衝突すると、そのあまりの激しさに時空がゆがみ、発生した重力波は光の速さで宇宙空間をさざ波のように広がって、やがて地球に到達した。

■金や銀はなぜこんなに多いのか

　すばやい対応のおかげで、科学者らはこの爆発を電波からガンマ線まで、あらゆる波長域で観測できた。

　今回、中性子星の合体が観測されたことによって、長い間議論されてきた重元素の起源も解明されようとしている。重元素とは具体的には、金やプラチナなどの貴金属や、LIGOのレーザーの建造にも使われたネオジムなどを指す。

　これらの金属は、主に巨大な恒星が最後に爆発する際に、その内部で生成されるとかつては考えられていた。しかし近年の研究で、こうした超新星爆発では、現在宇宙に存在する重金属に匹敵するだけの量が放出されなかったことがわかってきた。

　こうした重い元素を作るには、たくさんの中性子が必要だ。中性子とは原子核を構成する粒子のひとつで、その名前からも想像される通り、中性子星が破壊されたときに大量に放出される。

　今回の爆発を赤外線で観測したところ、放出された破片には少なくとも地球1万個分の貴金属が含まれていることがわかった。これは現在宇宙に存在が確認されている量を満たすのに十分な値だ。

　一方で、今回観測された出来事には、まだ謎に包まれている部分もある。たとえば2つの中性子星が衝突した後に残されたものが何なのかは、はっきりとはわかっていない。確かなのは、それが太陽の約2.6倍の重さの天体だということだけだ。

　米アリゾナ大学のフェリヤル・オゼル氏によると、この質量と、できたての中性子星の特徴を踏まえると、これはほぼ間違いなくブラックホールだという。あるいは異常に大きな中性子星だという可能性もあるが、そうした存在は物理学的な常識からは考えにくい。

■もしもあと1カ月遅かったら

　また、爆発とその後の経過は、必ずしも予想通りには進まなかった。ガンマ線バーストは、以前に観測された同様の現象に比べるとかなり微弱なものだったと、米カリフォルニア工科大学のマンシ・カスリワル氏は言う。さらには爆発後、X線と電波が検出器に届くまでの時間も、予想されていたよりも長かった。

　カナダ、マギル大学のダリル・ハガード氏はこれについて、爆発によって噴出した超高速ジェットの向きが地球に対してまっすぐではなく、わずかにズレていたせいではないかと推測している。

　あるいは、もっと複雑なことが起こっている可能性もある。カスリワル氏は、まゆのように内部にエネルギーを貯め込んだ破片が爆発によって放出され、これが最初に生み出されたジェットの行く手をふさいだのではないかと推測している。研究者らは、まだしばらくの間は見えるはずの電波の観測を続けて、この問題の解決につなげたいと考えている。（参考記事：「ブラックホールに新説　恒星の『食べ残し』を投げ捨て」）

　しかしさらなる観測には、時を待たなければならない。現在は発生源の銀河の位置が太陽に近すぎるため、一部の望遠鏡で観測が危険になるためだ。（参考記事：「史上初のブラックホール撮影　成否は数カ月後に判明」）

　米カーネギー天文台のマリア・ドラウト氏は言う。「この爆発が起こったのは1億3000万年前ですが、もしこれがあと1カ月遅かったなら、まったく観測することができなかったでしょう。検出器はスイッチを切られ、銀河は太陽の向こうにあったはずですから」

（文　Nadia Drake、訳　北村京子、日経ナショナル ジオグラフィック社）

［ナショナル ジオグラフィック ニュース 2017年10月18日付］

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