最遠の高速電波バースト、地球より古い信号が距離記録を2倍に更新

高速電波バースト（FRB）——数ミリ秒しか続かない電波の閃光——は、宇宙が約30億歳だった時にその発生源を離れ、100億年以上後に南アフリカの望遠鏡に到達した。これまでに母銀河が特定された中で最も遠方の高速電波バーストであり、従来の記録保持者の2倍以上の距離にある。この閃光は、地球が形成される50億年以上前に放たれた。

驚きは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）がその発生源を突き止めたときに訪れた。天文学者たちは、大きく成熟した銀河を予想していた。ところが、その発生源はかすかな矮小銀河で、研究チームが予想した質量の約1000分の1しかなく、短期間の激しいバーストで星のほとんどを形成したとみられる。この小さく若い母銀河は、こうした閃光を生み出すものについて、これまでで最も有力な手がかりの一つとなっている。

これまでに数千の高速電波バーストが検出されているが、特定の銀河に結び付けられたのは約100個に過ぎず、そのほとんどは比較的近くにある。新たなバーストはFRB 20240304Bと命名され、その地図を宇宙史の中で最も星形成が活発だった時代へと押し広げた。

「高速電波バーストが興味深いのは、何がそれを生成するのか分かっていないからです」と、研究を率いたシドニー大学のマニシャ・カレブ（Manisha Caleb）氏は語る。「どのような天体がそれを生み出すかについての理論はありますが、決定的な証拠はありません。」

電波望遠鏡とウェッブが、誰も見つけられなかった銀河をどう発見したか

このバーストは、南アフリカのカルーに設置された64基の電波望遠鏡からなるMeerKATによって捉えられた。マンチェスター大学のベン・スタッパーズ（Ben Stappers）氏が率いるMeerTRAPと呼ばれる探索システムが、リアルタイムでデータをスキャンし、単一の明るいパルスを探している。今回のパルスは背景ノイズの100倍以上も明るく、MeerKATはその位置をしし座内のわずか1秒角以下の精度で特定した。

その距離の最初の手がかりは信号そのものから得られた。銀河間の希薄なガスを通過する電波はわずかに減速し、低い周波数ほど減速が大きいため、バーストは高音から低音へと掃引するように到着する。天文学者はその遅延の大きさを分散測度と呼ぶ。今回のバーストでは約2458単位で、既知のほとんどのバーストよりはるかに高く、信号が巨大なガスの柱を横切ったことを示している。

その数値はおおよその距離しか示さない。本当の距離を得るには母銀河とそのスペクトルが必要だが、アーカイブの天体観測ではその位置には何も見えなかった。ハワイのケックI望遠鏡による1時間の深撮像や、アリゾナのMMT天文台の赤外線画像でも何も見つからなかった。その銀河は、地上最大の望遠鏡でも暗すぎたのだ。

そこで研究チームはウェッブの観測時間を申請した。ウェッブの近赤外線カメラは、バーストの位置から約0.3秒角離れたところに28等級のぼんやりとした光を捉え、統計的検定により、バーストがその銀河から来た確率は97.5%と示された。続いてウェッブの近赤外線分光器が、銀河中の水素と酸素の輝線を捉えた。その光は宇宙の膨張によって引き伸ばされ、赤方偏移2.148を示した。これにより、このバーストは天文学者が「宇宙の正午」と呼ぶ時代、つまり銀河がそれ以前も以後もないほど速いペースで星を形成していた時代に位置づけられる。

記録が数字で示すもの

従来の記録保持者は、オーストラリアのASKAP望遠鏡が捉えたバーストで、赤方偏移は約1.016、その光は約80億年かけて届いた。新たなバーストはその赤方偏移を2倍以上に引き上げた。論文の言葉を借りれば、この信号は「宇宙史の約80%にわたって電離ガスを探査する」ものだ。

そのエネルギーは、こうした現象で観測される範囲の上限に位置する。『Sky & Telescope』誌は身近な言葉で表現している：太陽が1年間に放出するエネルギーを超える量が、まばたきより短い閃光に詰め込まれている。

母銀河は最も奇妙な部分だ。研究チームの推定では、その恒星質量は太陽質量の約1000万倍程度で、天の川銀河の恒星のごく一部に過ぎない。そのガスに含まれるヘリウムより重い元素の量は、太陽の10～20%程度しかなく、同じ規模の銀河が通常行うよりもはるかに速いペースで星を形成している。研究者らは、その星のほとんどが約3000万年以内に形成された可能性があると推定している。

「私たちは、たくさんの星を持つ大きくてきれいに形成された銀河だろうと思っていました」とカレブ氏は語る。スタッパーズ氏はさらに率直に述べた。「この母銀河は、私たちが持っている全銀河サンプルの中で際立っています。そして、私たちの予想とは全く違っていました。」

小さく若い銀河が一つの原因を示唆する理由

二つの有力な説明は、バーストがどこに現れるかについて異なる予測を立てている。一つは、マグネター（磁気星）——地球で作られた最も強力な磁石よりも数十億倍も強い磁場を持つ中性子星で、大質量星が崩壊する際に生まれる——に由来するというものだ。これらは、それらを作った星から数百万年以内に形成される。もう一つは、一部のバーストは中性子星の合体に起因し、合体までに数十億年かかるため、古い銀河で発生する傾向があるというものだ。

数千万年で自らを形成した銀河には、ゆっくりとした選択肢の余地はほとんどない。「我々の研究は、このFRBが合体によって生成された可能性は非常に低いことを示唆しています」とカレブ氏は述べた。金属の少ないガスは、より多くの超大質量星を生み出す傾向があり、それがマグネターを残す種類の星である。我々の銀河系では、マグネターSGR J1935+2154がすでに同種の弱いバーストを発生させている。

信号はまた、通過したすべてのものの記録も運んでいた。その経路は、約5400万光年離れた巨大銀河群であるおとめ座銀河団を横切り、赤方偏移0.31（約35億光年）にある未知の銀河群の近くを通る。研究チームは、この二つの構造が信号の余分な遅延の大部分を占めていると推定している。

解明されていないこと

一つのバーストは一つのデータ点に過ぎない。マグネターとの関連は、この母銀河の最も自然な解釈だが、研究者らはそれが証明ではないこと、そしてすべての高速電波バーストが同じ起源を持つことを意味するわけではないことを強調している。

この銀河の特性には大きな誤差範囲が伴う。その質量、金属量、星形成史は、数枚のウェッブ画像と、検出限界にある天体の1つのスペクトルから得られたモデル推定値である。これほど暗いバースト母銀河は、どの距離でもほとんど研究されたことがないため、この銀河が特異なのか、それとも以前の観測が見逃した種類の最初の一つなのかは判断しがたい。

研究チームは、この発見は偶然ではないと主張する。MeerKATは現在、この遠方まで見通せる感度を持つ唯一のバースト探索装置であり、そのメインサーベイで検出されるバーストの約6.3%が赤方偏移2を超えるところから来ると予測している。それを検証するには、さらなる検出が必要だ。「すべての大きなコレクションは、たった一つの標本から始まります」と、この研究には関与していないオランダ電波天文学研究所のヨエリ・ファン・レーウェン（Joeri van Leeuwen）氏は述べた。

最遠方の高速電波バーストに関するよくある質問

高速電波バーストとは何か？

高速電波バーストとは、数ミリ秒続く電波の閃光で、最も明るい場合には太陽が1年間に放出するエネルギーに匹敵する。最初のものは2007年に発見された。その発生源は今も議論が続いている。

最遠方の高速電波バーストはどれほど遠いのか？

FRB 20240304Bは赤方偏移2.148にある。その信号は100億年以上かけて旅し、宇宙が約30億歳だった時に銀河を離れた。これは従来の記録保持者の赤方偏移の2倍以上である。

マグネターは高速電波バーストを引き起こすのか？

マグネターは最も支持されている説明であり、このバーストの若く星形成中の母銀河はその主張を強めている。しかし、すべてのバーストがマグネターから来ることを証明した研究はなく、この結果を出した研究者らは、まだ決定的な証拠はないと述べている。

今後の展望

このバーストは2024年3月4日に検出され、2025年7月にモントリオールで開催された学会で初めて発表され、2026年10月8日に学術誌『Science』に掲載された。研究チームは、MeerKATがビッグバンから半分以上遡った場所から、年間数個のバーストを発見・位置特定できると推定しており、その暗い母銀河を特定するにはウェッブが必要となる。現在南アフリカで建設中のスクエア・キロメートル・アレイの中周波望遠鏡は、その探索をさらに押し進めると期待されている。スタッパーズ氏は目標を明確に述べた。「次のステップは、このフロンティアをさらに押し広げ、最初の世代の星にどれだけ近づけるかを見ることです。」

参考文献: Caleb et al., “A fast radio burst at redshift 2, three billion years after the Big Bang,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.adz2675

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