ガンマ線バースト（GRB）は宇宙で最も強力な現象のひとつであり、天文学者たちはその起源をより深く知るために猛烈な研究を続けてきた。近年、天文学者はこれまでに観測された最も強力なGRBの新記録を樹立している。これには、2019年にハッブル宇宙望遠鏡によって観測されたGRB 190114Cや、2022年にジェミニ南望遠鏡によって検出されたGRB 221009Aが含まれる。天の川銀河内部から発生する高エネルギー宇宙線も同様で、その起源はまだ完全には解明されていない。

最近の研究で、中国のLHAASO（Large High Altitude Air Shower Observatory）共同研究チームのメンバーは、はくちょう座の星形成領域で、平均の10倍を超える10ペタ電子ボルト（PeV, 1PeV=10¹⁵eV）以上の強力な大ガンマ線バースト（GRB 221009Aと命名）を発見した。これまで研究された中で最も明るいGRBであることに加え、研究チームはバーストのエネルギースペクトルを正確に測定することができた。

研究チームは、中国科学院高エネルギー物理学研究所（CAS-IHEP）のCao Zhen教授が率い、CASメンバーのGao Chuandong博士、Li Cong博士、Liu Ruoyu教授、Yang Ruizhi教授が参加した。その成果は、11月15日付のScience Bulletinに掲載された「An ultrahigh-energy gamma-ray bubble powered by a super PeVatron」という論文で紹介された。LHAASO Collaborationは、世界中の32の天体物理学研究機関を代表する280人以上のメンバーで構成されている。

LHAASO（Large High-Altitude Air Shower Observatory）は、5216台の電磁粒子検出器、1188台のミュー粒子検出器、78,000平方メートルの水チェレンコフ検出器アレイ、18台の広角チェレンコフ望遠鏡からなる複合アレイである。天文台は中国四川省の海子山の標高4410メートル（14468.5フィート）に位置し、宇宙線の研究に専念している。宇宙線が地球の大気に到達すると、二次粒子の「シャワー」が発生し、その一部は地表に到達する。

宇宙線の起源は、今日の宇宙物理学における最も重要な問題のひとつである。過去数十年の間に、天文学者はエネルギースペクトルのピークが約1ペタ電子ボルト（PeVs）、つまり1京電子ボルト（10¹⁵eV）の高エネルギーGRBを3つ検出した。科学者たちは、このレベル以下のエネルギーを持つ宇宙線は、天の川銀河内の天体物理学的発生源（超新星爆発など）からもたらされると考えている。このピークエネルギーは、宇宙線の限界を表しており、一般的に光速近くまで加速された陽子の形をとっている。

しかし、数ペタ電子ボルト領域の宇宙線の起源は、今日でも宇宙物理学のより興味深い謎のひとつである。LHAASOが取得したデータに基づき、共同研究チームは、地球からおよそ24億光年離れた白鳥座X星団（太陽近傍で最大の星形成領域）に巨大な超高エネルギー・ガンマ線バブルを発見した。この構造の内部で検出された光子は最大エネルギー2.5PeVを示し、放出された光子は過去最高の20PeVを示した。

この星団は、青白いO型巨星とB型青色巨星を含む多くの若い大質量星で構成されており、表面温度はそれぞれ35,000℃と15,000℃（63,000℃と27,000℃）を超える。これらの恒星は、太陽の数百倍から数百万倍の放射圧を発生させ、恒星表面の物質を吹き飛ばし、秒速数千キロメートルの速さで動く太陽風を作り出している。

この風とISMの衝突は、高エネルギーのガンマ線を生み出し、効率的な粒子加速に理想的な環境を作り出す。これらの発見は、これまでに検出された宇宙線の中で最も高エネルギーであり、これまでに観測された最初の宇宙線加速器である。また、研究チームの観測は、加速器が周囲のISMの宇宙線密度を著しく増加させ、天の川の宇宙線の平均レベルを大きく上回っていることを示している。最後に、測定された赤外線帯域の背景光強度は予想よりもはるかに低く、宇宙論モデルが示唆する値のおよそ40％であった。

これらの観測は、GRB残光の標準モデルを覆すものであり、天文学者に銀河の形成と進化に関する現在のモデルを再考させる可能性がある。同様に、特殊相対性理論（SR）やダークマターがアクシオンで構成されている可能性を検証するための重要な情報を提供する可能性もある。イタリア国立天体物理学研究所（INAF）の天体物理学者Elena Amato教授は、今回の結果は「散漫放射の理解に影響を与えるだけでなく、銀河系における宇宙線（CR）輸送の記述にも非常に関連した結果をもたらす」と指摘した。

この記事は、氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。