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ガンマ線が発見されて以来、私たちは長い道のりを歩んできた。

1800年代後半から1900年代前半にかけては、科学が大きく発展した時代だ。科学者たちは、さまざまな種類の放射線について理解を深めていた。1900年にフランスの科学者Paul Ulrich Villardが行った実験もその一つで、ラジウムが大きく取り上げられた。

ラジウムは崩壊しやすいので、科学者はすでにラジウムの試料から出るアルファ線とベータ線を確認していた。しかし、Villardは、鉛の層でさえも防ぐことのできない強力な第3の放射線、ガンマ線を特定することに成功した。

現在、宇宙にはガンマ線検出器があり、この強力なエネルギーで宇宙がどのように輝いているのかを見せてくれている。

ガンマ線は宇宙で最もエネルギーの高い光であり、新しいアニメーションが示すように、空は実際にガンマ線源の揺らぎで輝いているのだ。このアニメーションは、NASAのフェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡の大面積望遠鏡(LAT)による1年分の観測データを収録している。黄色い円はそれぞれガンマ線源で、膨張と収縮はそのガンマ線源が明るくなったり暗くなったりする様子を示している。黄色い円は、地球に対して正弦波と思われる軌道をたどる太陽の姿だ。

このアニメーションは、1年間の観測を表している。アニメーションの各フレームは3日間を表している。アニメーションの中央を走る赤みがかったオレンジ色の帯は、天の川の中心面であり、一貫してガンマ線を発生させている。

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このアニメーションは、2022年2月から2023年2月までの1年間の観測における、ガンマ線天体の熱狂的な活動を示している。脈打つ円は、LATが約15年間にわたり宇宙で収集した1,500本以上のライトカーブ(天体の明るさが時間とともに変化する様子を記録したもの)の一部を示しているに過ぎない。 (Credit: NASA’s Marshall Space Flight Center/Daniel Kocevski)

この画像で本当にわかるのは、ブラックホールだ。

これらの脈打つ光は、超大質量ブラックホールを表している、あるいはそのほとんどを表している。これらの天体の90%はブレイザーと呼ばれるものだ。ブレイザーは活動銀河核と呼ばれるもので、それ自体は基本的にブラックホールだ。ブラックホールが活発に物質を取り込み、相対論的なジェットを放出しているものを活動銀河核と呼んでいる。そのジェットが地球を向いているものをブレイザーと呼ぶのだ。ブレイザーは、宇宙で最も明るく、エネルギーが強い天体だ。ガンマ線を放出し、輝度の変化が激しいため、画像の円形天体の膨張と収縮を説明することが出来る。

このアニメーションは、国際的な天文学者チームによって管理されているガンマ線源の対話型ライブラリ「Fermi LAT Light Curve Repository(フェルミ・LATライトカーブ・リポジトリ)」に基づいている。このリポジトリについて説明した論文は、3月15日に『Astrophysical Journal』誌に掲載され、タイトルは「The Fermi-LAT Lightcurve Repository」だ。

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これは、LATリポジトリの静的なスクリーングラブだ。 (Credit: NASA/Goddard Space Flight Center.)

「我々は、銀河を研究する天文学者が、長い時間スケールで可視光線とガンマ線の光曲線を比較したいと考えたことから、このデータベースを構築することになりました」と、リポジトリの共同執筆者で、アラバマ州ハンツビルのNASAマーシャル宇宙飛行センターの天体物理学者であるDaniel Kocevski氏は語っている。「私たちは、一度に1つの物体を処理するように要求されていました。今、科学界はカタログ全体のすべての解析データにアクセスできるようになりました」

このリポジトリには、1525個のガンマ線源のデータが含まれているが、可変のものだけだ。天体物理学者が可変光源に興味を持つのは、それを研究することで多くの重要な発見があったからだ。例えば、フェルミとLATは、ブレイザーとニュートリノの関係を発見するのに貢献した。「高いデューティサイクルとガンマ線天空の長期監視により、フェルミ大面積望遠鏡は時間領域天文学とマルチメッセンジャー天文学の研究において極めて重要なツールとなっています」と論文は述べている。

マルチメッセンジャー天文学とは、宇宙におけるエネルギー、粒子、重力波を複合的に研究することだ。宇宙における可変ガンマ線源を特定することで、リポジトリはマルチメッセンジャー天文学において重要な役割を果たすことが出来る。「多くの可変天体のフラックス進化と高フラックス状態への移行を継続的に報告することで、LCRは他の天文台での観測を誘発する貴重なリソースとなる」と著者たちは書いている。

このリポジトリには10年分の観測データが掲載されており、すべてのデータから発見されるのを待っている発見がもっとありそうだ。メリーランド大学とNASAゴダード宇宙飛行センター(メリーランド州グリーンベルト)の天体物理学者である論文共著者のMichela Negro氏は、「過去のライトカーブのデータベースを持つことで、過去の出来事に対する新しいマルチメッセンジャーの洞察を導くことができます」と述べている。

ガンマ線を発見したフランスの科学者Paul Ulrich Villardは、ちょっと知的な一匹狼だった。発表した論文のほとんどを一人で書き上げ、名声にはこだわらなかった。また、Villardは遺産を得たことで教える必要から解放され、実験装置も自分で作ったという幸運もあった。このような理由もあって、当時、彼の成果はあまり注目されなかった。もう一つの理由は、ガンマ線が既成の放射線や粒子の概念になじまなかったことである。

1900年にVillardがガンマ線に関する2つの論文を発表した後、彼はガンマ線の研究を中止した。Villardの発見がガンマ線と名付けられるまでに数年が経過したが、Villard自身はガンマ線と名付けることはなかった。1903年、ニュージーランドの物理学者Ernest Rutherfordがガンマ線と命名し、この名前が定着した。その後、他の研究者によってガンマ線の解明はさらに進んだ。Villardの名は消え、同時代の科学者たちの名が知られるようになった。

Villardのような科学者が、現在の科学の状況をどう思うかを想像するのは興味深いことだ。宇宙のガンマ線を測定し、遠くの銀河にある超巨大ブラックホールと結びつける軌道上の望遠鏡ができるなんて、彼は想像できただろうか?人々が自分のコンピュータの前に座り、間髪入れずに宇宙望遠鏡からのデータや画像にアクセスすることを、彼は夢にも思わなかったのだろうか?ガンマ線が宇宙物理学で果たす役割を想像できただろうか?


この記事は、EVAN GOUGH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。

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