天文学者のチームが、10年前にNASAが頓挫した構想を復活させている。それは、月面に巨大な天文台を設置するというものだ。「究極的大型望遠鏡（Ultimately Large Telescope）」と呼ばれるこの施設は、同クラスの他のどの望遠鏡よりも性能が優れており、理論上は予測されているもののこれまで観測されたことのない天体を発見できるという。
月面に設置された大型の液体鏡望遠鏡は、他の望遠鏡では不可能な任務、すなわち宇宙最初の星の兆候の探査を遂行できる可能性があります。2021年10月31日に打ち上げ予定の非常に強力なジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡でさえ、最古の星を観測することはできません。
これはテキサス大学オースティン校の天文学者たちの主張であり、彼らは天体物理学ジャーナルの今後の号に掲載される予定の論文でその主張を詳述している（プレプリントは現在 arXiv で入手可能）。
この構想は2008年にさかのぼります。アリゾナ大学の天文学者チームが月面液体鏡望遠鏡を提案したのです。NASAもすぐにこの構想を検討しましたが、宇宙で最初に出現した恒星である種族IIIの恒星に関する科学的知見が不足していたため、最終的には断念しました。月面に望遠鏡を設置すれば、大気の影響や光害に邪魔されることなく宇宙空間を観測できるはずです。
「天文学の歴史を通して、望遠鏡はより強力になり、宇宙のより古い時代、つまりビッグバンにますます近い時代の源を探査できるようになりました」と、論文の共著者であるフォルカー・ブロム氏は、テキサス大学マクドナルド天文台の声明で述べています。「今後建設されるジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、銀河が初めて形成された時代に到達するでしょう。」
問題は、JWSTがどれほど強力であろうとも、銀河形成以前に存在していたより小さく暗い天体、つまりポップIIIの星を発見することができないことだ。「『最初の光』の瞬間は、強力なJWSTでさえも観測できず、『究極の』望遠鏡が必要だ」とブロム氏は述べた。
ポップIII星はビッグバンから数億年後、水素とヘリウムの混合ガスから突如誕生しました。理論上、その大きさは太陽の数十倍から数百倍とされていますが、それでも銀河全体の大きさと明るさには到底及びません。そのため、ポップIII星はこれまで発見されていませんでした。
とはいえ、NASAハッブル宇宙望遠鏡フェローのアンナ・シャウアー氏が率いる新たな研究の著者らは、ポップIIIの星は検出可能であるはずだと主張している。必要なのは、それらの誕生の場を見つけることだけであり、それは「ミニハロー」の形をとると予想される。最初期の星は小さな原始銀河の中で生まれたが、これらの天体の明るさは「最長の露出時間でも検出できないほど暗い」と著者らは論文に記している。
「私たちの隣の銀河であるアンドロメダには約1兆個の恒星があり、地球上では肉眼で見えるのはごく暗い場所だけです」とシャウアー氏はメールで説明した。「これらの小さな最初の銀河は10個から1000個の恒星で構成されており、はるかに遠くにあります。光が地球に届くまでには130億年以上かかりました。この2つの要因が相乗効果を及ぼし、ミニハローの明るさはアンドロメダの約100兆倍になると予想されています。」
ポップIIIの星を研究することで、初期宇宙の状態を研究できると彼女は付け加えた。
「最初の星が出現する前の宇宙初期には、目に見える物質は水素とヘリウムだけで構成されていました。星は、生命の基盤となる酸素や炭素といった高次の元素を『増殖』させるために不可欠です」とシャウアー氏は述べた。「私たちはポップIIIの星をより深く理解するためにコンピューターシミュレーションを行っていますが、これらの最初の星がどれほど質量が大きく、どれほど大きな星団で形成されたのか、そしてより大きな星団で形成されたのか、それともより小さな星団で形成されたのかはまだ分かっていません。これらの疑問は観測によって答えが出る可能性があります。」
ここで月面天文台が役に立つ。実際、シャウアー氏と同僚たちは計算を行い、月面に十分な大きさの反射望遠鏡を設置すれば十分だと結論付けた。論文の共著者でマクドナルド天文台の上級研究科学者であるニヴ・ドロリー氏は、提案されている「究極的大型望遠鏡」は、この課題に「最適」だと述べた。
月の北極または南極に設置される固定鏡の直径は328フィート（100メートル）です。望遠鏡は自律的に稼働し、近くの太陽光発電所から電力を供給されます。観測データは月周回軌道上の衛星に送信されます。
望遠鏡の鏡はガラスではなく液体で作られます（この方法はガラスよりも軽量で、輸送コストも抑えられます）。鏡は液体の表面を放物面状に維持するために連続的に回転する必要があります。必要な反射率を得るために、鏡の最上層には金属液体が使われます。過剰な熱によって観測が台無しになるのを防ぐため、望遠鏡は衝突クレーター内に建設され、永久影の中に設置されます。
しかし、著者らが書いているように、「月の塵が機器と観測にどのような影響を及ぼすかは不明である」。
究極的大型望遠鏡（ULT）は宇宙を見上げ、近赤外線と極端に赤方偏移した領域でミニハロー（光が非常に赤方偏移している天体、つまり宇宙の膨張によって波長が引き伸ばされた天体はより遠くにあり、宇宙を遠くに見れば見るほど、より遠い時間を見ることができる）を探す際に、できるだけ多くの光を吸収するために、空の一角に焦点を合わせます。著者らは論文の中で、ミニハローは独特の特徴を示すため、「明確に識別」できるはずだと述べています。
もちろん、私たちは Pop III の星を直接見るわけではないが、その形成場所を見ることになる。これは、星の存在を証明する決定的な証拠であり、間違いなく次善の策である。
将来、シャウアー氏はJWSTの打ち上げに期待を寄せている。JWSTによって科学者は、ポップIIIの星形成後に出現した第一世代の星を含む初期宇宙を研究できるようになる。
「将来的には、理論家と観測者が協力して、この月望遠鏡の技術をさらに発展させていくことを願っています」と彼女は述べた。「また、人類が再び月に戻り、ULTを建設できる場所を確保してくれることを願っています。」
https://gizmodo.com/nasa-funds-proposal-to-build-a-gigantic-telescope-on-th-1842880061
月面に大型望遠鏡を建設するという提案は、これだけではありません。NASAジェット推進研究所（JPL）のロボット工学者サプタルシ・バンディオパディアイ氏は、巨大な衝突クレーター内に建設される月面天文台の構想を概説しました。赤外線光源を探す「究極的大型望遠鏡（Ultimately Large Telescope）」とは異なり、「月クレーター電波望遠鏡（Lunar Crater Radio Telescope）」は、宇宙を伝わる最も微弱で、最も遠くにある信号を検出できる超長波長電波望遠鏡です。バンディオパディアイ氏のプロジェクトは現在、NASAの革新的先進概念（NIAC）プログラムのフェーズ1にあります。
いつかNASAのNIAC（超大型望遠鏡）フェーズ1が完成する日が来るかもしれません。最初の星々は焦り始めています。
