宇宙創成期のとらえどころのない化学物質の証拠を発見
出典：日本経済新聞社。 作曲。 NIESYTO design; Image NGC 7027: William B. Latter (SIRTF Science Center/Caltech) and N
惑星状星雲NGC 7027に向かってソフィアに搭載されたグレートで観測したHeH+のスペクトルを示す画像
138億年前のビッグバン後にヘリウム水素イオンHeH+は出現したにもかかわらず、人類から見ると宇宙空間で失われていたのだそうです。 水素とヘリウムは最初の元素であり、宇宙の極限的な誕生条件下で、HeH+という史上初の分子結合を形成したと宇宙化学者は推定しているのである。 ドイツのマックス・プランク電波天文研究所のロルフ・ギュステン教授と同僚たちは、HeH+が存在しうることを知っていた。 しかし今回、彼らは、宇宙空間で初めて、現在の宇宙に存在する星雲の中で、確信を持ってそれを発見しました。
Güsten 氏らは、惑星状星雲における HeH+ の回転基底状態を、空中の成層圏赤外線天文台 (Sofia) に搭載されたテラヘルツ (THz) 分光器を使って観測しました。 実際、この研究は、テラヘルツ周波数での天文学のためのドイツ製受信機装置が作られた理由の1つです。
科学者たちは以前、多大な努力にもかかわらず、HeH+の振動赤外線分光の証拠を見つけることができませんでした。 テラヘルツ分光測定は困難な代替手段である。 HeH+の回転基底状態は149.137μmの波長を持っている。 地球の大気中のオゾンと水がこの光をすべて遮断してしまうため、研究者は成層圏に行かなければならなかったのです。
Source: 左：© Carlos Duran/MPIfR; 右：© NASA Photo/Jim Ross
グレート遠赤外線分光器（左）は、飛行観測船ソフィア（右）の望遠鏡フランジに取り付けられています
一方、149.09μmと149.39μmではより一般的な炭素-水素結合による分光特徴が現れています。 そのため、ギュステン氏のチームは信号が弱いと予想していたため、成功には高い分光分解能と非常に感度の高いセンサーが必要だった。
「これは、より広い天文コミュニティにとって確実に興味深く、関連性のある分子種の素晴らしい最初の検出であり、この検出はさらなる研究への扉を開くものです」と、カナダのウェスタンオンタリオ大学の天文学者ジャン・カミ氏はコメントしています。 しかし、HeH+が存在することがわかったので、ビッグバンに向かってさらに過去にさかのぼって探し始めることができます。 彼らは、宇宙論的赤方偏移を利用する。これは、観測者から遠ざかる物体が発する波長が、ドップラーシフトによって拡大するのと同じである。 これにより、HeH+の波長は約10倍になり、若い宇宙からの光が「地上の大型観測所から」見えるようになるとギュステン氏は説明する。