宇宙のX線画像を正確に記録できる世界初の「ロブスター・アイ」宇宙望遠鏡が、中国で実験に成功した。

先週、専門誌『The Astrophysical Journal Letters』に掲載された論文によると、地球から500km上空にある53kgの望遠鏡Lobster Eye Imager for Astronomy（LEIA）は、宇宙のX線源の高画質写真を撮影したとのことだ。

「私たちは、LEIAの結果に非常に興奮しています。」と、北京の国立天文台の主任科学者である天体物理学者Yuan Weimin氏は述べている。

LEIAの技術は、中国とヨーロッパの科学者が開発し、X線宇宙の理解に革命をもたらすために来年末に軌道に乗せる予定の、より大きな望遠鏡であるアインシュタイン・プローブに使用される予定とのことだ。

なぜ「ロブスターの眼」なのか？

しかし、なぜこの望遠鏡には「ロブスターの眼」という名前が付いているのだろうか？これは、そのまま名前の通り、ロブスターの眼の構造に着想を得て作られた機構を用いているからに外ならない。

1970年代、生物学者たちは、ロブスターやエビなどの甲殻類が、水中の濁った生活環境に適応するために目を発達させていることを発見した。

ロブスターの目は、四角い小さな管がたくさん並んでいて、そのすべてが同じ球の中心を向いている。そのため、あらゆる方向からの光が筒の中で反射し、網膜に収束して、無限の視野を持つようになる。

X線は透過力が強いため、反射や集光に難がある。

既存のX線望遠鏡では、十分な広さの空を高解像度で撮影することはできないという。あるものは空を素早く掃引し、最も明るい天体だけを検出することができるが、他のものは一つの天体を正確に追跡することができ、他のものはあまり検出することができない。

この問題に対して、アメリカの天文学者Roger Angelは、X線望遠鏡が広い視野と深い視野を同時に得るために、ロブスターの眼の機構を用いることを提案したのだ。

ただし、このアイデアは、当時としては途方もない技術的課題であった。しかし、微細加工技術の進歩やマイクロポア光学系の開発により、最近になってようやく実現することができたのだ。

このロブスターアイの新技術は、Weimin氏のチームと中国・南京にあるNorth Night Vision Technology社の技術者が10年がかりで作り上げたものだ。

「孔の表面は、1ナノメートル以下の誤差で、極めて平坦かつ滑らかである必要があります」とWeimin氏は言う。

2023年末に打ち上げられる「アインシュタイン・プローブ」衛星にも同様の技術が使われる

アインシュタイン・プローブの主望遠鏡を構成する12個のモジュールには、それぞれ3000万個以上の正方形の微細孔がある。反射率を高めるために、一辺が40マイクロメートルの孔に極薄のイリジウムを塗布している。

NASAが運営する最高のX線観測装置であるチャンドラX線観測所では、満月より少し大きい程度の画像しか撮影できない。しかし、アインシュタイン・プローブの構造は、満月1万個分に匹敵する天空を観測することを可能にする。

また、X線の検出器となり、電気信号に変換してデジタル処理するCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサーも開発された。

CMOSセンサーはカメラ付き携帯電話によく使われているが、「宇宙でのX線検出に使われるのはおそらく初めて」とWeimin氏は言う。

このセンサーは、従来のCCD（電荷結合素子）センサーに比べて、実質的に安価で、冷却が少なくて済み、読み出し速度も速い、とのことだ。

アインシュタイン・プローブが軌道に乗れば、多くの暗い、あるいは遠くの高エネルギー宇宙現象が発見されると期待されている。

アメリカ、ヨーロッパ、日本の科学者が関連プロジェクトを提案しても、まだ設計段階には至っていない。したがって、アインシュタイン・プローブが打ち上げられるときには、国際的な競争はあまりないだろう、とWeimin氏は述べている。

望遠鏡は、コロナ・パンデミックによる作業の遅れを経て、2023年末に打ち上げられる予定だ。主任科学者によると、望遠鏡の設計寿命が3年であるにもかかわらず、チームは5年を目指している。

観測データは欧州などの同僚と共有すると述べている。

LEIAは実験衛星SATech-01に搭載され、アインシュタイン・プローブのパスファインダーミッションとして、中国北部の太原衛星発射センターから7月27日に打ち上げられた。

欧州宇宙機関とドイツのマックス・プランク地球外物理学研究所は、このプロジェクトに7億8000万人民元のハードウェアを提供している。

Source

• South China Morining Post: China tests ‘lobster eye’ telescope to capture precise X-ray images of the universe