【宇宙】アルマ望遠鏡でオリオン星雲中に新しい水分子メーザーを発見

2012年10月23日 アルマ望遠鏡でオリオン星雲中に新しい水分子メーザーを発見
- 生まれたばかりの星に迫る新しい手段の獲得

国立天文台の廣田朋也助教が率いる研究チームは、アルマ望遠鏡を用いて、
オリオン大星雲にある生まれたばかりの星オリオンKL電波源 I（アイ）において、
高エネルギー状態にある水分子が放つメーザーの検出に成功しました。
高エネルギー状態の水メーザーは年老いた星ではこれまでに数例の検出例があるものの、
生まれたばかりの星では初めての検出です。
これは、アルマ望遠鏡のかつてない高い感度と撮像能力によって初めて可能になった研究成果と言えます。

研究チームはこれまで、国立天文台の電波望遠鏡ネットワークVERAを用いて、
オリオンKL電波源I の観測を行ってきました。電波源I の周囲にあるガスの円盤や高速ジェットからは、
低エネルギー状態にある水分子や一酸化ケイ素分子のメーザーが発せられています
。VERAで得られたこのデータと今回アルマ望遠鏡で検出された高エネルギー状態の水メーザーを比較すると、
それらが同じ速度で運動するガスから放出されていることが明らかになりました。
このことは、高エネルギー状態の水メーザーも、生まれたばかりの星ごく近傍のガス円盤あるいは
高速ジェットの高温ガスから放射されていることを意味しています。
今回の研究により、私たちは高温ガスの新たな観測手段を手に入れ、
生まれたばかりの星のより近くにまで迫る研究が可能になりました。

今後アルマ望遠鏡はさらなる高性能化が進められ、近い将来に現在の50倍の高解像度の天体画像が
得られるようになる計画です。これにより、アルマ望遠鏡を用いて、高エネルギー状態にある水メーザーの
観測を通してオリオンKLの性質やその周辺を回るガス円盤、噴き出す高速ジェットの詳細な撮像が可能になり、
星がどのようにして生まれるかという謎の解明が進むと期待されます。

ソース
http://alma.mtk.nao.ac.jp/j/news/pressrelease/201210236888.html

ご依頼いただきました。

>>2-5に続く
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1350474444/50

研究の背景
星（恒星）は宇宙空間に存在する希薄なガスが重力によって集まることで生まれていますが、
その詳しい過程に関しては未解決の問題が多く残されています。
たとえば、「重い星はどのように作られるのか？」「軽い星と重い星のでき方は同じなのか？」という疑問には、
まだはっきりと答えることができません。その理由の一つに、重い星が生まれている領域はほとんどが
太陽系から非常に遠くにあり、星のすぐ近くの様子を詳しく観測するのが困難であるということが挙げられます。

星がどのようにして生まれるかを調べるのに最も有望な天体として、オリオン大星雲中にある「オリオンKL」という
赤外線を強く放射する星雲が知られています。オリオンKLは、太陽の8倍の重さを超える重い星が生まれつつある
領域の中では太陽系から最も近い天体（約1400光年）であり、1967年の発見以来多くの研究がなされてきました。実際、すばる望遠鏡でも最初の観測はオリオンKLでした（図1）。

http://alma.mtk.nao.ac.jp/j/news/files/editor/Orion_300-circle-J.jpg
図1. すばる望遠鏡によるオリオン大星雲の赤外線写真
右上に見えるオレンジの星雲にオリオンKLがあります。赤丸は、本研究でアルマ望遠鏡が観測した範囲（視野）です。
画像上に文字のない図1は、新しいウィンドウで開くすばる望遠鏡：観測成果：オリオン星雲 からダウンロードできます。

今回の研究の着想
本研究グループでは、国立天文台のVERA（注1 ）という電波望遠鏡ネットワークを用いて、
オリオンKLにおける水分子や一酸化ケイ素分子からのメーザー（レーザーのような強い電波）の高解像度観測を行ってきました。

オリオンKLの中心には、生まれたばかりの星としては極めて特異な天体「オリオンKL電波源I」が存在しています。
この天体は若いにも関わらず、年老いた星でよく見られる一酸化ケイ素メーザーを放射しています。
このメーザーを放射している天体は、年老いた星以外ではOrion KLを入れて3天体しかありません。
電波源I の詳しい様子は、未だに解明されていません。本研究グループは、「年老いた星と同じく一酸化ケイ素メーザーが検出される電波源Iでは、
年老いた星で見られるように、星のごく近くにある高温ガスからの放射が他にも検出されるのではないか？」と考え、
温度3200℃の高温分子ガスから放射される高エネルギー状態（振動励起状態）の水メーザー(波長1.3mm、
周波数232GHz)に着目しました。過去の口径10mクラスの電波望遠鏡によるオリオンKLの観測では
そのような放射は検出されていませんでしたが、アルマ望遠鏡による桁違いの感度と高い解像度ならば
初検出も十分あり得ます。そこで、本研究グループはアルマ望遠鏡によるオリオンKLの科学評価観測データ（注2 ）の解析に着手しました。

アルマ望遠鏡による観測結果
オリオンKL天体の科学評価観測は、16台のパラボラアンテナを使って2012年1月20日に行われました。
本研究グループはこの観測で得られた232GHzの電波データを元に、水分子が?

アルマ望遠鏡による観測結果

オリオンKL天体の科学評価観測は、16台のパラボラアンテナを使って2012年1月20日に行われました。本研究グループは
この観測で得られた232GHzの電波データを元に、水分子がはっ(しゅっぱつのはつ)するメーザー（水メーザー）の探索と画像合成処理を行いました。

解析の結果、水メーザーと一致する周波数で明らかな電波が検出されました。過去の観測では、この周波数帯付近では
分子が放つ電波かノイズか判別がつかないレベルのデータしか得られておらず、新発見の電波放射であることは明らかでした。
慎重を期すため、星間分子のデータベースを調べたところ、水メーザーとほぼ同じ周波数に他の分子（ギ酸メチル、HCOOCH3）が
放つ電波も入ってくることが分かりました。

研究グループの代表である廣田氏は、「もし今回の観測がこれまで同様単一の電波望遠鏡によるものであれば、
『検出された電波は水分子かギ酸メチルか判別不能』という結論で、新しいことは何も分からなかったはずです。
ですが、アルマ望遠鏡では高い解像度を活かして天体のどの位置から電波が強く出ているかを調べることができるため、
より詳しい検討が可能になりました。」とアルマ望遠鏡データの優位性を語ります。この検討の結果、水メーザーはギ酸メチルが
放つ電波とは異なる場所で強くなっていることが分かりました（図2）。水メーザーの強い場所は電波源I に一致しており、
予想通り、この天体の周りにある高温ガスから高エネルギー状態の水メーザーが放射されていることが明らかになりました。
このような高エネルギー状態の水メーザーが電波源I のような生まれたばかりの星の周りで見つかったのは、今回が初めてのことです。

では、今回新たに見つかった高エネルギー状態の水メーザーは電波源I のどのあたりから出ているのでしょうか。
これを考えるヒントになるのは、VERAによってすでに得られていた一酸化ケイ素メーザーとより低いエネルギー状態の
水メーザーの観測データです。アルマ望遠鏡のデータと過去に得られたデータを比較すると、これらの電波がほぼ同じ
速度で運動するガスから放射されていることが分かりました（図3）。一酸化ケイ素メーザーは電波源I の周囲にある
ガス円盤から、低エネルギーの水メーザーは円盤の回転軸にそって噴き出す高速ジェットから放射されていると
提唱されています。そのため、今回アルマ望遠鏡で見つかった高エネルギー状態の水メーザーも、電波源I ごく近傍の
ジェットかガス円盤中の高温ガスから放射されていると予想されます（図4）。
(以下図表はソースをご覧ください)

今後の展望
「高い感度と解像度を持つアルマ望遠鏡で、振動励起という高エネルギー状態にあるミリ波帯水メーザーが
オリオンKL電波源I という生まれたばかりの星の周りで初めて検出されました。科学評価観測では、
アルマ望遠鏡のアンテナは16台だけ、アンテナの間隔は最大で350mにすぎませんでしたが、たった20分の観測で
これまで検出が不可能だった微弱な水メーザーの撮像に成功しています。アルマ望遠鏡により、私たちは高エネルギー状態の
振動励起水メーザーという、高温ガスの新たな観測手段を手に入れたことになります。この新しい手段により、
私たちは生まれたばかりの星のより近くにまで迫る研究が可能になるのです。」と、廣田氏は今回の観測の意義を語ります。

アルマ望遠鏡が完成すれば、アンテナ数66台、アンテナの最大展開範囲は18.5kmとなり、解像度は今回の観測データの
50倍に達します。今回検出された高エネルギー状態の水メーザーは、画像上では点源にしか見えず、その空間的構造を
調べることができませんが、すでにVERAによって得られている一酸化ケイ素メーザーのデータとアルマ望遠鏡によって
得られるミリ波・サブミリ波帯の高解像度データを組み合わせることで、オリオンKLの電波源I に付随するガス円盤、
あるいは高速ジェットの姿が初めて解明されると期待されます。オリオンKLは、1967年の発見以来、未だ十分な解像度での
観測が得られていない謎の天体です。アルマ望遠鏡による高解像度観測によりオリオンKLの正体が解明され、
ひいてはオリオンKLのような重い星がどのようにして生まれるのか、明らかにすることができるでしょう。

(終)

オリオン星雲を目ー指ーせー

メーザー、メーザーって何回言えば気が済むんだ！！

メーザーを日本語で説明しなさい！！このメーザー野郎！！

>>7
誘導放出による波長の揃った指向性の強い電波のこと

水分子がエネルギーを得て励起状態になっていると、これが基底状態に戻るときに光子を放出する
通常はこれで安定するが、周りに励起状態の水分子が沢山あると、放出された光子が他の水分子に衝突する。
光子に衝突された水分子は、それをきっかけに自らも光子を放出(これを誘導放出という)、基底状態に戻る。
水分子を励起するエネルギーがふんだんにあると、基底状態の水分子は再び励起され、誘導放出が連鎖する。
こうして位相の揃った(コヒーレントな)光ができる。電波と光は本質的に同じもので誘導放出による
コヒーレントなマイクロ波をメーザーという。

これでいいですか？

>>8
うん(´･ω･｀)乱暴な言葉使ってごめんよ

めーざーつよーいーぞめーざー

ちょうどこの季節真夜中に空を見上げるとオリオン座がきれいに見えるね

>>11
昨日くらいまでオリオン座流星群だったんだけど・・・

水分子ってどういうこっちゃ

太陽系でいうところの外惑星（衛星）や彗星の氷みたいなもんか

>>13

氷の状態で存在してるのもあるけど、希薄なガスとして分子がそのまま漂ってるのもある
星間ガス中には結構いろんな種類の分子が見つかってるよ

Wikipediaから星間分子の一覧
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%98%9F%E9%96%93%E5%88%86%E5%AD%90%E3%81%AE%E4%B8%80%E8%A6%A7

最新理論と先端技術で宇宙の謎に挑むALMA電波望遠鏡
　第10回 ALMA電波望遠鏡システム全体のソフトウェアの規模は300万行
　第9回 筋金入りのFX派、国立天文台が中心となって開発したACA相関器
　第8回 17Peta OPSの演算性能を持つ12mアレイ用の64アンテナ相関器
　第7回 アンテナペアの信号一致度を計算する専用スーパーコンピュータ - 相関器
　第6回 最新技術を詰め込むことで幅広いバンド幅のカバーを実現した受信機
　第5回 パラボラアンテナ - 日射や風雪と戦う超精密機械
　第4回 ALMA電波望遠鏡は専用スパコンも有するハイテクの塊
　第3回 ALMA電波望遠鏡の概要
　第2回 広範囲観測を実現するために用いられる開口合成技術
　第1回 宇宙に一番近い天体観測施設「アルマ天文台」

http://news.mynavi.jp/column/alma_project/index.html

メーザーって言葉初めて知ったわ

メーザーはノーベル賞ネタだ　1964年受賞

>1　関連では開口合成の人も1974年に受賞してるな

>>8

すると何かい、レーザー光との違いは人為的機構が関与しているか居ないかにあるのか？

>>18
波長が違うだろ。

>>18
単純に波長の違いだけじゃないの？
>>8を読む限り、レーザーとメーザーは放出機構自体は全く同じのようだし
単に同一の機構で電波が放射されたらメーザー、赤外線や可視光線や紫外線が放射されたらレーザーって呼ぶんじゃね

レーザーとは人為的な発出機構の名前と理解している。
光と呼べない波長域のコヒーレント電磁波は全部メーザーと呼んで良いの？

ガンマ線レーザーはグレーザーと呼ばれたりもするが、

> レーザーとは人為的な発出機構の名前と理解している。

ねんでだよ

>>21
メーザーの頭のMはmicrowaveのそれだからマイクロ波限定だろうね
近くに行ったら冷めたご飯がホカホカになるんだろうか

自然界で光(可視光など）の波長でレーザー発振が起こるかどうかよく知らないが、
メーザー天体ってのはあって人工的でなく起きる。もちろんメーザー発振は人工的にもできる。

ザーメンに見えたやつは頭おかしいぞ

メーザーに対しては、何人かの既に名を成した学者が
いやそれはできんだろ、と否定してたらしいな

メーサー殺獣光線車

>>22

思い込みに近い。大辞林を見ると

レーザーlaser→♪［1］
〔light amplification by stimulated emission of radiation〕振動数が光の領域にある
メーザー。単波長で位相のそろった光であるため、減衰・拡散しにくい強い光が得られる。
光通信・ホログラフィー・臨床医学、あるいは金属の切断などに利用される。

とあるね。

>>27
で、メーザーも見ると、
メーザーmaser→♪［1］
〔microwave amplification by stimulated emission of radiation〕原子・分子と
電磁波との相互作用を利用して、特定の電磁波を増幅・発振するための装置。
特にマイクロ波を増幅・発振するもの。増幅・発振される電磁波は、周波数の安定度が高く、
雑音も少ないので、宇宙通信・原子時計などに応用される。

どちらも、基本は人為的な発出機構の名前と理解して良い様だ。

（難しくてよく分からん・・・）

>>27-28
辞書じゃなくて学術書読んだら？
「人為的」って部分にえらく拘ってるみたいだがそれは本質じゃないだろ

>>30
天体から発せられているメーザー(Astrophysical maser)を
メーザーと呼ぶかどうかは、かなり議論があったようだけど。

stimulated って明記されているのだから
誘導放出ならば人為であろうとなかろうとメーザー

http://en.wikipedia.org/wiki/Stimulated_emission

>>4
> 水分子がはっ(しゅっぱつのはつ)するメーザー（水メーザー）の探索と画像合成処理を行いました。

発する？

最初に名付けられた時、microwave amplification は amplification が語の主要部から
装置ないし増大強化の現象を表したのだろう。

その後の慣用で、放出された電磁波を指す場合が増えたのだろう。

>>32
ウィキペディアソースでもいいのなら
http://en.wikipedia.org/wiki/Astrophysical_maser
＞ Due to the differences between engineered and naturally occurring masers,
＞ it is often stated that astrophysical masers are not "true" masers because they lack an oscillation cavity.

まあその直後に
＞ The distinction between oscillator-based losers and single-pass lasers was intentionally disregarded

とあるけどね。

astrophysical でcavity なしの誘導放出に別の名前をつけるかどうかと
メーザーは人為のものだけ指すか、というのは別の話だよ
cavity ありの誘導放出がどこかにあるかもしれない

人為的にcavity なしの誘導放出の実験もやろうと思えばできるんじゃないかな

子供のころのマンガはレーザー砲とメーザー砲があったけど
メーザーとレーザー、どこで差がついた・・・

>>38
用途の差だな