2015年10月31日　Chapter-573　CTA チェレンコフ・テレスコープ・アレイ  

　約200枚の反射鏡を組み合わせた口径23メートルの反射望遠鏡、CTA チェレンコフ・テレスコープ・アレイはガンマ線天体を観測する次世代望遠鏡です。

　ガンマ線バーストや超新星爆発は様々な波長の電磁波を放出していますが、その中のエックス線やガンマ線は地球大気に吸収されてしまうので、地上からは観測できず、エックス線天文衛星「すざく」やガンマ線天文衛星「フェルミ」など、宇宙望遠鏡を使って観測します。特にエネルギーの強いガンマ線は可視光線の1兆倍ものエネルギーを持っています。このような強烈なガンマ線は普通の天体からは放出されませんので、それを観測することによって、このようなものすごいエネルギーを放出する天体現象について理解を深めることができます。 　

チェレンコフ・テレスコープ・アレイという名称の通り、この望遠鏡はガンマ線そのものではなく、ガンマ線が大気に飛び込んだときに発生するチェレンコフ光を観測する望遠鏡です。激しい天体現象から放出されたガンマ線は強いエネルギーを持っていますので、大気圏に突入してもそのまま消え去ることはなく、大気と相互作用します。ガンマ線が大気中の窒素などの原子核と衝突すると電子と電子の反粒子である陽電子が生み出されます。これらの粒子は光よりも速く大気中を飛行します。アインシュタインの相対性理論によると真空中において光よりも速く動くものはないのですが、大気中では光の速度が遅くなるので、粒子が光を追い越す可能性が出てきます。粒子が光よりも速く大気中を駆け抜けたときに生じる光がチェレンコフ光で、進行方向前方に光が広がります。このようにして、本来目で見えないガンマ線が大気の作用によって目に見える光に姿を変えて現れることになります。 　

CTAでチェレンコフ光の強さや光の方向を正確に観測することによって、どの程度のエネルギーを持った粒子が大気に突入したのか、そしてその粒子は宇宙のどの方向から来たのかを計算で決定することができます。 　

大気中の可視光線を観測することになりますので一般的な望遠鏡でも観測できそうですが、わざわざCTAを建設するには理由があります。それは、チェレンコフ光はどこで発光するかわからないので常に広い範囲の弱い光を観測し続けなければならないためです。その結果、日本のすばる望遠鏡が口径約8メートルなのに対し、CTAは23メートルの口径を確保しています。一方で、すばるのような望遠鏡でチェレンコフ光の観測を行わないメリットとして、CTAのようなチェレンコフ望遠鏡は、宇宙の遠くを見る望遠鏡ほどの精度が不要なので、非常に安価に短期間で建設が可能です。CTAはドームさえ持たず、鏡もむき出しで屋外に設置されます。