天文学者たちは長らく、宇宙で自然に発生するレーザーに困惑してきました。レーザーは、特定の周波数で強力な可視光線とマイクロ波を宇宙全体に放射しています。科学者たちは50年前に初めてレーザー光を検出して以来、恒星や惑星の大気がレーザー光を発生させていることにすぐに気づきましたが、そのメカニズムは謎のままでした。それも今に至るまで。しかし、地球の物理学者たちは、ガス雲から作られた地球初のレーザーを生成し、自然発生する宇宙レーザーを初めて再現しました。
レーザーとは、特定の周波数で光を発する原子群に過ぎず、系にエネルギーを注入することで励起されます。この光の放出は、原子群の両端に鏡を配置し、光を原子の周りで反射させることで引き起こされます。原子は結晶の中に閉じ込められている場合もあれば、気体原子を含む光共振器の中に閉じ込められている場合もありますが、構成は基本的に同じです。閉じ込められた原子と、それらの原子を通過する鏡の間で反射する光が、特定の周波数で調整された光を放出します。
しかし、宇宙には鏡はなく、恒星や惑星の大気中の原子も結晶や空洞の中に閉じ込められていない。これが天文学者を悩ませてきた原因だ。しかし、研究者たちはレーザー発振の別の経路を発見し、その手がかりを得た。近年、いわゆるランダムレーザーが開発された。これは、半導体粉末のような閉じ込められていない無秩序な媒質を用いてレーザー光を放射する。ランダムレーザーでは、光は媒質の無秩序性のみに基づいて媒質内で反射し、閉じ込められたり鏡で挟まれたりする必要がなくなる。
天然の宇宙レーザーも同様の仕組みで動作することが判明しましたが、まだ落とし穴があります。ランダムレーザーに用いられる粉末状の媒質は、宇宙のガス雲とは大きく異なるのです。南フランスのニース非線形研究所の研究者たちも、ついにこの点を解明しました。研究チームは、磁気光学トラップ内に封じ込められたルビジウム原子の雲を用いて、初めてガス雲から地球ベースのレーザーを生成しました。ルビジウムの予想される放射周波数に近い波長に調整された光を照射すると、光は天然の宇宙レーザーと同様に、ガス雲内をランダムに跳ね回ります。
この現象を実験室で再現できれば、天文学者や物理学者は初めてこのメカニズムを詳細に研究できるようになるだけでなく、より広範な意味を持つ可能性もある。このような天然レーザーは、これまでレーザー光源として研究されていなかった気体原子から作られる、新たな種類の人工光を生み出す可能性がある。それは、宇宙で生成されるのと同じ種類の人工光を、はるかに小さなスケールで実現する、新たな種類の人工光を生み出す可能性がある。
これについては、Technology Review でさらに詳しく解説されています。
