24歳の大学院生が捉えた奇妙な信号――天文学最大の発見の舞台裏

それはチャート紙の帯に記された、見落としてしまいそうな小さな波形だった。しかし、1967年の中夏にそれを発見した24歳の大学院生は、それが本来そこにあるべきものではないと直感した。ジョスリン・ベル・バーネルは、ケンブリッジ大学の新しい電波望遠鏡から毎晩送られてくる何百メートルものデータを手作業で解析していた。4エーカーの敷地に木製の柱とワイヤーが張り巡らされたその装置は、遠方の電波源の「またたき」を研究するために設計されたものだった。彼女が目にしたのは、同じ空の一角から、機械的と言えるほどの規則正しいリズムで刻まれる一連のパルス信号だった。

指導教官のアンソニー・ヒューイッシュは、近くの送信機からの干渉だと考えた。しかしベル・バーネルは納得しなかった。彼女はチャートの解析を続け、1.337秒ごとに繰り返される揺るぎないパルス信号を再び発見した。彼女がその証拠をヒューイッシュに見せると、チームの第一の反応は懐疑的なものだった。彼らは冗談めかしてその電波源を「LGM-1（Little Green Men：小さな緑の小人）」と名付けた。名前はジョークだったが、データは極めて深刻なものだった。

24歳の大学院生はいかにしてパルサーとなる信号を発見したのか

ベル・バーネルによる発見は、突然のひらめきから生まれたものではなかった。彼女は、1日に約30メートルもの紙を出力する「惑星間シンチレーション・アレイ」のプリントアウトに何週間も目を通し続けていた。このアレイは野原に設置された1,000本以上のダイポールアンテナで構成されており、太陽風が通過する際の宇宙電波源の輝度の変化を記録していた。望遠鏡の出力は完全にアナログであり、異常を検知するデジタルコンピュータなど存在しなかったため、信号を見つけるには「何が正常で、何がそうでないか」を判別する目を養う必要があった。

その夏、ベル・バーネルは紙の上でおよそ半センチメートルを占める、ランダムとは言い難いかすかな印に気づいた。それが本物だと確信するには、何度も観測を繰り返す必要があった。そのパルスは、星にしては速すぎ、惑星にしては安定しすぎており、しかも天球上の固定された座標から発せられていた。ヒューイッシュとチームが地球上の干渉や周回衛星の可能性を除外したとき、唯一残された説明、すなわち地球外文明からの人工的なビーコンという説は、魅力的ながらも荒唐無稽に思えた。

数週間のうちに、ベル・バーネルは空の他の領域でも同様のパルス源を3つ発見した。地球外生命体説は崩れ去った。もし銀河の反対側にいる複数の文明が、驚くほどの整合性を持って電波を送り合っているとすれば、それは結託していることになる。チームが到達したより妥当な説明は、全く新しい種類の天体を発見したというものだった。

新しい恒星天体クラスの誕生

物理学者たちは間もなく、この信号が中性子星から発せられていることを突き止めた。これは、超新星爆発によって外層を吹き飛ばした巨大な恒星の崩壊した中心核である。直径わずか20キロメートルのこれらの天体は、太陽よりも大きな質量を、ティースプーン一杯で数十億トンにもなるほどの高密度な球体に詰め込んでいる。それらが回転すると、地球の数兆倍もの強さを持つ磁場が、荷電粒子を宇宙へと掃き出す狭い放射ビームへと変える。そのビームの1つが地球に向いていれば、灯台の明滅のようにパルスが見えることになる。

パルスの発見は、中性子星が単なる理論上の好奇の対象ではなく、実在することを証明した。これにより、核密度かつ想像を絶する重力下における物質の振る舞いに焦点を当てた、天体物理学の新しい分野が開拓された。それから数十年の間に、パルサーは一般相対性理論や恒星進化、さらには時空の構造そのものを研究するための実験室となった。一部のミリ秒パルサーは原子時計に匹敵する安定性をもって毎秒数百回回転しており、重力波を検出するための極めて精巧なツールとなっている。

科学界に今も響くノーベル賞の除外

1974年、ノーベル物理学賞は、電波望遠鏡の研究とパルスの発見に対して、ヒューイッシュと彼の同僚であるマーティン・ライルに授与された。最初に信号を発見した24歳の大学院生、ベル・バーネルの名前はそこになかった。この決定は、科学的な功績の帰属を巡る議論を引き起こし、それは現在も収束していない。著名な天文学者であるフレッド・ホイル卿は、ベル・バーネルの決定的な役割が見過ごされたと公然と委員会を批判した。多くの科学史家は、装置を設計し観測計画を主導したのはヒューイッシュだが、異常を認識し執拗に追跡したのはベル・バーネルであるという点で意見が一致している。

この除外は、科学界におけるジェンダーと正当な評価を巡る議論の試金石となった。ベル・バーネル自身は、当時は学生であり、ノーベル賞は通常高位の人物に授与されるものだとして、不当な扱いについて一貫して控えめな姿勢を示してきた。彼女は数年後、BBCのインタビューで「非常に特殊なケースを除き、大学院生にノーベル賞が授与されるべきだという考えは、賞の価値を損なうものだと思う」と語っている。それでもなお、このエピソードは、若手研究者、特に女性の研究者の労働がいかにして偉大な発見の中で不可視化され得るかを浮き彫りにしている。

60年前に24歳の大学院生が見つけた信号の遺産

60年近くが経過した現在も、ベル・バーネルが発見した「ちょっとしたゴミ（bit of scruff）」は、最先端の科学を牽引し続けている。天文学者は現在3,000個以上のパルサーを把握しており、それぞれが恒星の破局的な死の残骸である。研究者はこれらを利用して銀河の地図を作成し、宇宙の距離を測定し、物質の最終的な運命に関する理論を検証している。重力波の最初の間接的な証拠は、1974年にラッセル・ハルスとジョセフ・テイラーが発見した連星パルサーから得られたものであり、この発見はそれ自体でノーベル賞を受賞し、アインシュタインの一般相対性理論を新たな領域で裏付けた。

ベル・バーネル自身のキャリアは輝かしいものとなった。彼女は主要な天文台を率い、物理学における多様性を推進し、2018年には基礎物理学ブレイクスルー賞（賞金300万ドル）を受賞した。彼女はその全額を、物理学を学ぶ女性、少数民族、難民のための奨学金として寄付するという決定を下し、広く称賛を集めた。波形の線を凝視する学生から天文学の崇敬される存在へと至る彼女の物語は、現代科学において最も説得力のある物語の1つであり続けている。

24歳の大学院生がケンブリッジの狭い研究室で見つけた信号は、単に新しい宇宙種族を発見しただけではなかった。それは、宇宙が最も極端な死を迎える瞬間でさえ、闇を越えて私たちを導く驚くべきビーコンを生み出し得ることを証明したのである。

出典

• Nature誌（1968年、パルサー発見に関する論文）
• ケンブリッジ大学アーカイブ（ジョスリン・ベル・バーネル関連）
• ブレイクスルー賞財団発表（2018年）
• ベル・バーネルへのBBCインタビュー