レーザ光でブラックホールをより鮮明に見る

January, 30, 2026, Daejeon--KAISTは、機械工学科のJungwon Kim教授率いる研究チームが、韓国天文宇宙科学院、韓国標準科学研究所、ドイツのマックス・プランク電波天文学研究所(MPIfR)と協力し、光周波数コームレーザを電波望遠鏡受信機に直接応用する技術を実装したと発表した。

電波望遠鏡は、宇宙からの微かな電波信号を捉え、それを天体の画像に変換する装置。遠方のブラックホールを明確に観測するためには、複数の電波望遠鏡が同時に宇宙信号を捉え、一つのユニットとして機能しなければならない。KAISTの研究チームは、レーザ光を用いてこれらの望遠鏡の観測時刻と位相を正確に同期させる新しい基準信号技術を開発した。

一般的なレーザは1色(周波数)のみを放出するが、光周波コームレーザは数万色の非常に正確な色を一定間隔で配列して放出する。この外観は櫛の歯のように見え、そのため「周波数コーム」と呼ばれている。各「歯」の周波数が正確に知られており、間隔を原子時計のレベルまで精密に調整できるため、科学者たちはこれを「光でできた超精密定規」と呼んでいる。

超長基線干渉法(VLBI)の中核は、複数の電波望遠鏡が同時に観測する技術であり、各望遠鏡が受信する電波信号の位相を、まるで一つの正確な定規に合わせるかのように整列させることにある。しかし、既存の電子レファランス信号法には制約があった。観測周波数が増加するにつれて、正確な位相キャリブレーションはますます困難になっている。

これに対応して、KAISTの研究チームは「信号生成段階からの光(レーザ)を利用して位相整列の基本精度を向上させる」という考えに基づき、光学周波数コムレーザを直接電波望遠鏡に送る方法を開発した。これにより、単一の光学システム内でレファランス信号生成と位相キャリブレーションを同時に解決することに成功した。

従来の方法が「位相合わせを難しくする定規」を高周波で使うようなものなら、この新技術は「極めて安定した光で位相を固定する超精密定規」で標準を設定することに例えられる。その結果、遠方の電波望遠鏡同士が巨大な望遠鏡のように複雑に相互運用できる基盤を築いた。

この技術は韓国VLBIネットワーク(KVN)延世電波望遠鏡での試験観測によって検証された。研究チームは電波望遠鏡間の安定した干渉パターン(フリンジ)を検出することに成功し、実際の観測を通じて正確な位相キャリブレーションが可能であることを証明した。最近では、このシステムはKVNSNU Pyeongchang Radio Telescopeにも設置され、複数の観測点を同時に使った実験が拡大した。

チームは、これによりブラックホールのより鮮明なイメージングが可能になるだけでなく、VLBI観測で長年問題となっている機器間の位相遅延誤差も劇的に減少すると期待している。

KAISTのJungwon Kim教授は「この研究は、既存の電子信号生成技術の限界を、光周波数コームレーザを電波望遠鏡に直接適用することで突破された例である。次世代ブラックホール観測の精度向上と、周波数計測学および時間標準の分野の発展に大きく貢献すると考えられる」とコメントしている。

現在KRISSに所属するDr. Minji HyunとKAISTのDr.Changmin Ahnが共筆頭著者として参加した。研究成果は1月4日に国際学術誌『Light: Science & Applications』に掲載された。